采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高系統(tǒng)的控制算法仿真摘 要根據(jù)采煤機(jī)工作環(huán)境和滾筒調(diào)高系統(tǒng)的特點，以 MG200 /500 型采煤機(jī)為實例，其滾筒液壓系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為50000/s（0.94s*s+2s+1000），對其調(diào)高液壓控制系統(tǒng)的模型分別采用常規(guī)PID，模糊控制，神經(jīng)元算法，給出其原理仿真圖，進(jìn)行了Simulink 仿真研究。仿真結(jié)果表明，神經(jīng)元控制器能滿足不同條件的要求，具有良好的靜態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性，有效地對電磁換向閥通斷時間進(jìn)行控制，使系統(tǒng)具有良好的再現(xiàn)跟蹤，輸出平穩(wěn)且無超調(diào)的性能。關(guān)鍵字 滾筒調(diào)高 PID 模糊控制 神經(jīng)元算法模型仿真中圖分類號： TD821.現(xiàn)有的滾筒液壓控制系統(tǒng)模型在實際工業(yè)過程控制中大多采用傳統(tǒng)PID 控制器，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性能好、可靠性高、其控制原理與控制技術(shù)已完善成熟，且為現(xiàn)場工作人員和設(shè)計工程師們所熟悉等優(yōu)點。下圖為滾筒液壓PID控制模型。圖 1 滾筒液壓 PID 控制模型假設(shè)采煤機(jī)在一個行走位移采樣間隔 3m 內(nèi)。頂板落差為 0.1 米，即輸入信號 r（t）=0.1t 。其仿真結(jié)果如下圖：圖 2 仿真結(jié)果從上圖能看到， PID 控制對整個液壓系統(tǒng)跟蹤性能差、超調(diào)大、系統(tǒng)波動大， 系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時間長，超出 3 秒，對于工業(yè)要求的穩(wěn)定， 快速很難達(dá)到要求，為了解決上述問題，下面采用模糊控制。2.模糊控制的滾筒液壓控制系統(tǒng)模型圖 3 模糊控制的滾筒液壓控制系統(tǒng)模型利用 Matlab 中的 Simulink 建立常規(guī)和模糊控制系統(tǒng)的仿真模型，我們直接調(diào)用模糊控制器，考慮到電磁閥存在換向延時，在仿真模型中增加了一個延時環(huán)節(jié)。常規(guī)控制系統(tǒng)中 k1（系統(tǒng)增益）和 M （死區(qū)環(huán)節(jié)的死區(qū)量）用來調(diào)整采煤機(jī)滾筒調(diào)高時，兩次位置高度所允許的誤差范圍為 0.101m。Q 為電磁換向閥的模型（具有滯環(huán)的繼電非線性特性） 。當(dāng)電磁閥帶電打開時，給定流量 2195×10-4m3/s。其仿真圖如下：圖 4 仿真結(jié)果從上圖中，常規(guī)控制和模糊空對比來看，采用模糊控制可以使系統(tǒng)有很好的跟蹤性能，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間比其短，在 2.6s 時就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且沒有超調(diào).在電磁閥通斷瞬間，系統(tǒng)波動非常小，可以認(rèn)為處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是相比較常規(guī)控制，剛開始上升時間比采用常規(guī)控制的時間長，大約是 1s，對于工業(yè)要求的快速性很難達(dá)到要求， 為此我們采用神經(jīng)元控制器。3.單神經(jīng)元控制器的滾筒液壓控制系統(tǒng)模型圖 5 單神經(jīng)元 PID 控制器 Simulink 模型上圖為單神經(jīng)元 PID 控制器 Simulink 模型，轉(zhuǎn)換器部分可以通過使用單位時間延遲模塊 Unit Delay 實現(xiàn)。由于單神經(jīng)元學(xué)習(xí)算法不能直接用傳遞函數(shù)加以描述，若簡單地應(yīng)用 Simulink 將無法對其進(jìn)行仿真，此時要引入 S 函數(shù)。 S 函數(shù)有固定的程序格式，使用 MATLAB 語言編寫，形成 S 函數(shù)的模塊，嵌入到系統(tǒng)的仿真模型中就可以進(jìn)行仿真了。為使得控制器更接近實用，控制率信號 u（k）接飽和非線性模塊。仿真結(jié)果如下：圖 7 單神經(jīng)元 PID 控制器 Simulink 模型從仿真結(jié)果看出，單神經(jīng)元 PID 控制器過渡時間僅需不到 0.4s，可以看出單神經(jīng)元 PID 控制器較好的控制效果。4.結(jié)束語通過比較常規(guī) PID ，模糊控制，神經(jīng)元算法的仿真結(jié)果可以得出，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法不僅可以解決常規(guī) PID 控制的超調(diào)、震蕩，跟蹤效果差的問題，還可以解決模糊控制的過渡時間長的劣勢，利用單神經(jīng)元控制方法，系統(tǒng)的輸出波動非常小， 系統(tǒng)處于“動態(tài)平衡”狀態(tài)，避免滾筒調(diào)控過程中出現(xiàn)波動超調(diào)，證明了設(shè)計的采煤機(jī)滾筒調(diào)高單神經(jīng)元控制器是正確的，同時也證明了把神經(jīng)元控制應(yīng)用到井下采煤機(jī)滾筒位置高度的液壓系統(tǒng)的可行性。參考文獻(xiàn)：1 劉金琨 . 先進(jìn) PID 控制 MAT LAB仿真 M .北京： 電子工業(yè)出版社，2004.2 吳曉莉， 林哲輝 . MATLAB 輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計M . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2002：172- 194.3 薛定宇 . 控制系統(tǒng)仿真與計算機(jī)輔助設(shè)計M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.