[发明专利]一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，具体是一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法。

背景技术

刀盘驱动系统是硬岩掘进机掘进的主要驱动系统，在掘进过程中发挥着重要的作用。硬岩掘进机主要应用于硬岩地质条件下，高硬度、高温、高石英含量（“三高”）环境，这使得硬岩掘进机面临的围岩工况条件极端复杂、且具有不确知性和不确定性。在掘进作业过程中硬岩破碎所产生的强冲击问题十分突出。

由于刀盘切削岩石和土壤时面对的地质环境是复杂多变的，那么就需要刀盘系统能够适应这样的环境变化。刀盘是掘进作业中的主要工作机构，刀盘驱动系统具有功率大、功率变化范围宽等特点，对刀盘驱动系统的建模和控制研究是硬岩掘进机工程设计的重要部分。

刀盘安装在硬岩掘进机的前端，刀盘上分布着不同类型的刀具，刀具是切削岩石的主要工具，刀盘驱动系统是刀盘旋转的主要动力提供者。目前刀盘驱动系统采用开环控制技术，在复杂多变的地质环境下，特别是在硬岩掘进的过程中，硬岩破碎所产生的强冲击，造成刀盘的负载力矩发生随机跳变，同时存在周期时变的传递误差，使得开环控制下的刀盘转速，其抗干扰能力和控制效果都不能够满足实际施工的需要。

因此，对刀盘驱动系统新的控制技术的研究是非常必要的。

发明内容

鉴于现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，将预测函数控制方法应用于驱动系统的控制中，以实现掘进机主驱动系统较强的鲁棒性和良好的跟踪能力。

本发明提供的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，利用可测扰动前馈补偿，设计预测函数控制器，提高了驱动系统的抗扰动能力，改善了系统的动态输出特性。

本发明提供的一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）建立驱动系统的传递函数模型，传递函数模型包括多个输入与单个输出；

（2）分解出每个输入与输出的关系，得到多个实际模型，每个实际模型包括单个输入与单个输出；

（3）利用辨识方法，辨识每个实际模型的一阶预测模型；

（4）利用可测扰动前馈补偿，设计预测函数控制器；

其中，输入包括驱动系统的执行器的输入与驱动系统的可测扰动，输出为驱动系统的可测输出。

“可测”为控制领域的专业术语，可测扰动变量是指能够通过测量变送器，在线的将其转换为前馈补偿器所能接受的信号的变量；可测输出是指系统输出能够通过传感器测量并将其作为系统控制反馈量的输出。

进一步地，驱动系统为掘进机刀盘驱动系统。

进一步地，驱动系统的执行器的输入为掘进机刀盘驱动系统的感应电动机的力矩输入。

进一步地，可测扰动为掘进机刀盘驱动系统的负载力矩。

对于掘进机刀盘驱动系统，在复杂多变的地质环境下，特别是在硬岩掘进的过程中，硬岩破碎所产生的强冲击，造成刀盘的负载力矩发生随机跳变；利用可测扰动前馈补偿，设计预测函数控制器，能够提高掘进机刀盘驱动系统抗随机跳变的负载力矩的干扰的能力。

进一步地，可测扰动为掘进机刀盘驱动系统的齿轮啮合传递误差变化率。

对于掘进机刀盘驱动系统，还存在周期时变的齿轮啮合传递误差，利用可测扰动前馈补偿，设计预测函数控制器，能够提高掘进机刀盘驱动系统抗周期时变的齿轮啮合传递误差的干扰的能力。

进一步地，驱动系统的可测输出为掘进机刀盘驱动系统的角速度。

进一步地，步骤（2）中的实际模型包括所述刀盘驱动系统被控对象模型，被控对象模型为：