[发明专利]刮板机重载自适应启动控制装置及启动控制方法

权利要求书

1.一种刮板机重载自适应启动控制装置，其特征在于，包括自适应控制器，速度控制器，数字投切开关，矢量控制器，逆变器以及电机，所述自适应控制器与所述速度控制器通过数字投切开关与矢量控制器相连，所述矢量控制器通过逆变器与电机相连；启动过程中，所述自适应控制器用于对矢量控制器的转矩电流给定值进行控制，启动过程后，所述速度控制器用于对矢量控制器的转矩电流给定值进行控制，所述数字投切开关用于选择矢量控制器的转矩电流给定值，矢量控制器采集电机和变频器的状态，输出PWM信号控制逆变器，逆变器输出相应的电压电流驱动电机，电机通过连轴机构和刮板机链轮驱动刮板机运行。

2.根据权利要求1所述的一种刮板机重载自适应启动控制装置，其特征在于，所述自适应控制器包括转矩观测器，速度观测器以及自适应率控制器，所述转矩观测器接收检测变频器矢量控制器输出的转矩电流反馈值和速度观测器输出的磁链幅值信号，经过运算，输出变频器实时转矩信号；所述速度观测器接收变频系统的输出电压、电流信号，进行速度观测，输出电机实时速度值；所述自适应率控制器用于检测转矩观测器输出的变频器实时转矩和速度观测器输出的电机实时速度观测值，通过自适应率算法运算，输出矢量控制器所需的转矩电流给定值。

3.一种刮板机重载自适应启动控制方法，其特征在于，包括自适应启动控制器，所述自适应启动控制器包括转矩观测器、速度观测器以及自适应率控制器，所述转矩观测器接收变频器矢量控制单元输出的转矩反馈Ist_fdb，磁链幅值ψ_s通过转矩公式计算出实时输出转矩Te_est，速度观测器通过接收变频系统的输出电压电流Us,Is，经过MRAS无速度传感器速度估测器，计算得出电机实时速度值ω_est，自适应率控制器通过分析实时转矩Te_est和实时速度ω_est，结合启动策略，得出相应的转矩电流给定值Ist_ref，分配给矢量控制单元；

具体控制步骤如下：1)转矩观测器接收矢量控制单元计算出转矩电流反馈值Ist_fdb，以及速度观测器计算的磁链幅值ψ_s，通过转矩观测表达式计算出变频器输出的实时转矩Te_est，转矩观测表达式为：T_e＝p₀ψI_STfdb(其中P₀为常数)；

2)速度观测器12接收变频器输出的电压电流信号Us,Is，计算相应的参考模型，可调模型，通过模型参考自适应率，对电机的运行速度ω_est进行实施观测；

参考模型表达式为：

可调模型表达式为：

模型参考自适应率为：

ω_est＝(K_p+K_i)ε_ω其中

同时由转子磁链ψ_r计算定子磁链ψ_s：

3)自适应率控制器接收转矩观测器的实时转矩Te_est和速度观测器的速度估算值ω_est，通过相应的启动自适应算法得出矢量控制环节的转矩给定值Ist_ref。

4.根据权利要求3所述的刮板机重载自适应启动控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，自适应算法实现步骤如下：

31)同时启动刮板输送机前后驱动电机，机头机尾电机的转矩给定由自适应启动控制器给出，首先机尾电机给定一定转矩Te0＝kT_N(0<k<1),实现回空段刮板链拉紧，机头分离点和机尾相遇点张力逐渐增大。此阶段控制机尾转矩限幅至k倍额定转矩，避免输出张力过大，当机尾转矩达到自适应启动控制器设定转矩后，维持一定时间t使得系统维持在稳态；

32)此阶段开始即解除机头电机转矩强制为零状态，将机尾电机转矩指令分配给机头电机，机头电机逐渐建立输出转矩，机头相遇点和机尾分离点张力逐渐增大。此时刮板链均处于拉紧状态；

33)当机头机尾转矩建立完毕，通过数字开关，将转矩给定切到速度控制器2的输出，此时机尾电机有一定的预启动速度，机头电机速度初值为零，当机头电机启动后，两机在机尾电机主控速度环情况下，逐渐速度趋于一致，两端驱动系统保持相同速度状态。两机在机尾主控电机控制下，保持速度一致，功率平衡状态下运行；

所述速度控制器主要功能是调节速度反馈跟踪速度给定值，其接收到上位机速度给定ω_ref和速度观测器信号ω_est，经过PI调节器运算，最终输出转矩给定值作为矢量控制单元的转矩电流给定Ist_ref；

所述数字投切开关3根据启动过程和启动后运行过程投切相应的输入值至矢量控制器，作为矢量控制器的转矩电流给定值Ist_ref；

所述矢量控制单元通过采集电机相应的信息量，同时接收数字投切开关传输的转矩电流给定值Ist_ref，经过矢量控制运算，输出脉冲PWM信号至逆变器，逆变器中驱动单元驱动IGBT，控制逆变器输出期望的电压电流，控制电机驱动刮板机启动和启动后的正常运行。