采煤机滚筒自动调高系统的控制算法仿真

采煤机滚筒自动调高系统的控制算法仿真摘 要根据采煤机工作环境和滚筒调高系统的特点，以 MG200 /500 型采煤机为实例，其滚筒液压系统的传递函数为50000/s（0.94s*s+2s+1000），对其调高液压控制系统的模型分别采用常规PID，模糊控制，神经元算法，给出其原理仿真图，进行了Simulink 仿真研究。仿真结果表明，神经元控制器能满足不同条件的要求，具有良好的静态特性和稳态特性，有效地对电磁换向阀通断时间进行控制，使系统具有良好的再现跟踪，输出平稳且无超调的性能。关键字 滚筒调高 PID 模糊控制 神经元算法模型仿真中图分类号： TD821.现有的滚筒液压控制系统模型在实际工业过程控制中大多采用传统PID 控制器，因其具有结构简单、稳定性能好、可靠性高、其控制原理与控制技术已完善成熟，且为现场工作人员和设计工程师们所熟悉等优点。下图为滚筒液压PID控制模型。图 1 滚筒液压 PID 控制模型假设采煤机在一个行走位移采样间隔 3m 内。顶板落差为 0.1 米，即输入信号 r（t）=0.1t 。其仿真结果如下图：图 2 仿真结果从上图能看到， PID 控制对整个液压系统跟踪性能差、超调大、系统波动大， 系统达到稳定的时间长，超出 3 秒，对于工业要求的稳定， 快速很难达到要求，为了解决上述问题，下面采用模糊控制。2.模糊控制的滚筒液压控制系统模型图 3 模糊控制的滚筒液压控制系统模型利用 Matlab 中的 Simulink 建立常规和模糊控制系统的仿真模型，我们直接调用模糊控制器，考虑到电磁阀存在换向延时，在仿真模型中增加了一个延时环节。常规控制系统中 k1（系统增益）和 M （死区环节的死区量）用来调整采煤机滚筒调高时，两次位置高度所允许的误差范围为 0.101m。Q 为电磁换向阀的模型（具有滞环的继电非线性特性） 。当电磁阀带电打开时，给定流量 219510-4m3/s。其仿真图如下：图 4 仿真结果从上图中，常规控制和模糊空对比来看，采用模糊控制可以使系统有很好的跟踪性能，达到稳定状态的时间比其短，在 2.6s 时就达到稳定状态，且没有超调.在电磁阀通断瞬间，系统波动非常小，可以认为处于稳定状态，但是相比较常规控制，刚开始上升时间比采用常规控制的时间长，大约是 1s，对于工业要求的快速性很难达到要求， 为此我们采用神经元控制器。3.单神经元控制器的滚筒液压控制系统模型图 5 单神经元 PID 控制器 Simulink 模型上图为单神经元 PID 控制器 Simulink 模型，转换器部分可以通过使用单位时间延迟模块 Unit Delay 实现。由于单神经元学习算法不能直接用传递函数加以描述，若简单地应用 Simulink 将无法对其进行仿真，此时要引入 S 函数。 S 函数有固定的程序格式，使用 MATLAB 语言编写，形成 S 函数的模块，嵌入到系统的仿真模型中就可以进行仿真了。为使得控制器更接近实用，控制率信号 u（k）接饱和非线性模块。仿真结果如下：图 7 单神经元 PID 控制器 Simulink 模型从仿真结果看出，单神经元 PID 控制器过渡时间仅需不到 0.4s，可以看出单神经元 PID 控制器较好的控制效果。4.结束语通过比较常规 PID ，模糊控制，神经元算法的仿真结果可以得出，采用神经网络控制方法不仅可以解决常规 PID 控制的超调、震荡，跟踪效果差的问题，还可以解决模糊控制的过渡时间长的劣势，利用单神经元控制方法，系统的输出波动非常小， 系统处于“动态平衡”状态，避免滚筒调控过程中出现波动超调，证明了设计的采煤机滚筒调高单神经元控制器是正确的，同时也证明了把神经元控制应用到井下采煤机滚筒位置高度的液压系统的可行性。参考文献：1 刘金琨 . 先进 PID 控制 MAT LAB仿真 M .北京： 电子工业出版社，2004.2 吴晓莉， 林哲辉 . MATLAB 辅助模糊系统设计M . 西安：西安电子科技大学出版社， 2002：172- 194.3 薛定宇 . 控制系统仿真与计算机辅助设计M .北京：机械工业出版社，2005.