一种采煤机滚筒自动调高控制系统及其工作方法

摘要

本发明涉及一种采煤机滚筒自动调高控制系统及其工作方法，包括模糊控制器、数据采集装置、第一压力传感器、第二压力传感器和电磁比例阀，第一压力传感器设置在采煤机调高油缸无杆腔管路接头上，第二压力传感器设置在采煤机调高油缸有杆腔管路接头上，电磁比例阀设置在采煤机调高液压回路上；第一压力传感器和第二压力传感器均与所述的数据采集装置连接，数据采集装置与模糊控制器连接，模糊控制器与电磁比例阀连接。采用模糊控制规则进行采煤机滚筒自动调高的控制，解决了采煤机调高系统的非线性特性、不易获得其精确数学模型的难题，通过模糊控制规则实现采煤机滚筒的自动调高控制。

主权项

一种采煤机滚筒自动调高控制系统的工作方法，包括信号采集、数据处理、模糊运算和指令输出，其中，采煤机滚筒自动调高控制系统包括模糊控制器、数据采集装置、第一压力传感器、第二压力传感器和电磁比例阀，所述第一压力传感器设置在采煤机调高油缸无杆腔管路接头上，所述第二压力传感器设置在采煤机调高油缸有杆腔管路接头上，所述电磁比例阀设置在采煤机调高液压回路上；所述第一压力传感器和第二压力传感器均与所述的数据采集装置连接，所述数据采集装置与模糊控制器连接，所述模糊控制器与电磁比例阀连接，其特征在于：(1)信号采集：所述第一压力传感器和第二压力传感器分别测量调高油缸无杆腔和调高油缸有杆腔的压力信号并将压力信号传输给数据采集装置，所述数据采集装置对压力信号进行滤波处理后得到压力原始数据，并将压力原始数据传输给模糊控制器；所述滤波处理是指数据采集装置采用中位值平均滤波法对第一压力传感器和第二压力传感器传输的压力信号进行滤波处理，其具体过程包括：连续采样N个数据，然后采用冒泡法原理对采集到的N个数据进行排序，找出N个采样数据中的最大值和最小值，去掉最大值和最小值，然后计算余下的N‑2个数据的算术平均值，N选取为3‑14；(2)数据处理：所述模糊控制器内部的数据处理程序根据接收到的压力原始数据计算出调高油缸的负载压力和负载压力变化率；所述模糊控制器内部的数据处理程序计算调高油缸的负载压力和负载压力变化率，其具体过程包括：油缸等效负载压力定义为：p_L＝p₁‑p₂×A₂/A₁   (I)其中，式(I)中，p₁为无杆腔侧油压值滤波后的算术平均值，p₂为有杆腔侧油压值滤波后的算术平均值，A₁为油压无杆腔侧的有效作用面积，A₂为油缸有杆腔侧的有效作用面积；当计算出油缸等效负载压力后，采用最小二乘法得到压力变化率，其具体过程包括：模糊控制器内部的数据处理程序计算出一系列油缸等效负载压力序列(1p_L)，(2p_L)，…，(mp_L)，用一条直线拟合这些数据点，确定拟合直线方程为p＝a₀+a₁n   (II)其中，式(II)中a₀、a₁为待定实数，n＝1,2,…,m为确定式(II)中的a₀和a₁，由2‑范数度量下的曲线拟合理论可推导出$\left(\begin{array}{cc}m& {\Sigma }_{n=1}^{m}n\\ {\Sigma }_{n=1}^{m}n& {\Sigma }_{n=1}^m{n}^2\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\Sigma }_{n=1}^m{Q}_n\\ {\Sigma }_{n=1}^m{\mathrm{nQ}}_n\end{array}\right]---\left(III\right)$其中Q_n为等效负载压力序列，即Q₁＝1p_L,Q₂＝2p_L,…,Q_m＝mp_L，解方程(III)可得a₀和a₁，将拟合曲线的平均值$\bar{p}=\frac{1}{2}[(a_0+{\mathrm{ma}}_1)+(a_0+a_1)]=a_0+\frac{1}{2}(m+1)a_1---\left(IV\right)$作为负载压力；拟合曲线的斜率a₁作为负载压力变化率，即负载压力变化率$\Delta \bar{p}=a_1---\left(V\right);$(3)模糊运算：所述模糊控制器对步骤(2)中计算出的负载压力和负载压力变化率进行模糊化处理，在其对应的模糊子集上由隶属度函数计算出隶属度值作为其对应的模糊化值，然后根据模糊规则表中的模糊规则分别计算每条规则结论的适配度：取每条模糊规则下的负载压力模糊化值、负载压力变化率模糊化值以及电磁比例阀控制电流模糊子集隶属度函数三者的交运算结果作为该条模糊规则结论的适配度，最后将所有模糊规则结论适配度的并运算结果作为控制器模糊运算结果；(4)指令输出：所述模糊控制器利用重心法对控制器模糊运算结果解模糊得到模糊控制器输出即电磁比例阀的控制信号，所述控制信号控制改变电磁比例阀阀芯运动方向和阀口开度以改变进出调高油缸的流量，从而改变调高油缸活塞杆位移，最终实现对滚筒的自动调高控制。