矿井提升机行程控制的研究与实现
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运行部分测试结果如图３和图４所示。其 中．图３为静力矩预给定．电枢电流０－－－，３０００Ａ阶 跃电流响应（电枢额定电流３０７５Ａ）。图４为１０一 ｓ—叼ｍ／ｓ减速段速度波形（额定速度１０．５“ｓ）。 ６结论
系统经过研制、开发和现场安装调试．于 ２００２年６月正式投入现场工业运行。现场测试 结果表明，采用行程控制后，在全自动运行方式 下，每提升循环节约时间３０ｓ。为了充分考核系 统性能，曾经进行了连续５天的性能测试。在这 五天内，每日单机提升量都维持在９０００ｔ以上。
选择运行参数（速度限幅、
加速度限幅减速度限幅等）
Ｉ警［二趣二乎］ 选择速度给定
速度给定积分器
焉Ｆ—］矿砸
饕给ｆＪ
Ｌ———一
ｌ行程调节器
位置选择 箕斗１／２计数
行程同步卜一箕斗１／２位置检测
系数
韦Ｊ，斗力—矩—前馈—控一制 力矩给
速度调节器Ｉ 定限幅
翱ｊ而岛睦 砸三）薪框三
一ｍｏ
力矩给定’
ｌ静力矩预置计算ｌ匕＝
％——额定加（减）速度；
．ｓ——计算的箕斗实际位置。
但为了减小机械冲击，速度给定曲线需采用
Ｓ形速度给定曲线。如图１所示。
０ 图１减速度曲线
比较两种减速曲线可以看出，Ｓ形速度曲线 相比斜坡形减速曲线在减速和停车段增加了两 段圆弧，这两段圆弧意味着增加了两部分行程 ＡＳｌ（对应阴影Ｉ）和ＡＳ２（对应阴影ＩＩＩ）。在产生
【关键词】遗传算＂法（ＧｅｎｅｄｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）禁忌搜索汀ａｂｕｓｅａｒｃ均直接转矩调速系统
１引言 煤矿电机车运行时，它的速度与电机车自身
情况、道路情况、环境情况有关．因此电机车调速 系统的数学模型是比较复杂的．且数学模型的参 数是不确定的。因此。采用传统的控制方法很难 实现速度的精确控制。针对上述情况，本文提出 了一种采用模糊逻辑理论实现对电机车控制的 方案。为了提高系统动态性能，采用混合遗传算 法对模糊控制器中的参数进行了寻优。
图３电枢电流Ｏ－－＊３０００Ａ阶跃响应波形
图４ １０ｎｇｓ－－＊０ｍ／ｓ减速段速度波形
其中最高日提升量达到９６５０ｔ，几乎为改造之前
万方数据
王鹏云等：一种混合遗传算法在异步电机直接转矩调速系统中的应用
·１ ５·
一种混合遗传算法在异步电机直接转矩调速系统中的应用
王鹏云马宪民 （西安乖Ｈ支大学电控学院７１００５４）
为了行程控制系统的软件易于现场使用和 维护，在软件编制的时候对于系统参数进行了实 参数化，面向现场技术人员的参数不再是复杂的 代码。而是常用具有单位的实参数。当现场技术 人员需要修改最大运行速度时或爬行距离时，仅 需要通过编程器输入“ＸＸ．ＸＸ ｍ／ｓ”或”ＸＸＸ．ＸＸ ｍ”即 可，非常便于使用和维护。
同时。系统的研制成功，为同类型提升机电 控系统的高定位技术改造探索出一条低成本、高 性能、切实可行的技术路线。获得了良好的技术 经济效益。
值的依赖性较大。本文将两者结合构成了的一种 新的算法，既克服了它们的缺点又发挥了它们的 长处。研究表明，采用混合遗传算法对模糊控制 器中的参数进行寻优，可以加快收敛速度，具有 很强的自适应能力。 ２混合遗传算法的提出
ｌ壅鏖笙型
Ｖ。
图２行程控制系统软件框图
首先要保证检测设备硬件的可靠性。基于这 点考虑。我们选择了工业级，重载制的轴编码器 作为行程检测传感器。同时检测通道是完全独立 的两个通道．从传感器到电缆直到处理器模板完 全采用了双通道冗余配置。
其次要对控制系统计算的行程实际值进行 监视。对于来自不同检测通道的计算值进行互相 比较监视，如两个轴编码器计算行程之间的互相 监视、轴编码器计算速度与测速发电机速度反馈 之间的互相监视等。另外控制系统还设置了逐点 ｊ监视．连续速度监视等等诸多保护功能，这里不 再赘述。 ５系统部分测试结果
【摘 要】 针对煤矿电机车异步电动机直接转矩控制系统中数学模型参数的不确定问题提出了一种基 于混合遗传算法的模糊控制器，讨论了遗传算法中禁忌搜索（ＴａｂｕＳｅａｒｃｈ）的变异算子，并对它进行了一些改 进。理论分析币，仿真结果表明，采用遗传算法可以对模糊控制器的加权因子进行Ｉ铰√匕，有助于改善系统的动态 性能。
行具有极其重要的作用，因此对于箕斗实际位置
（行程）的检测都采用了双通道独立检测的方式 实现的。系统设置了两台与滚筒同轴联结的轴
编码器用于编码器的脉冲信号进行独立计
算，分别计算出主箕斗和付箕斗的实际位置。行
程控制根据朝向井口运行的箕斗实际位置实时
计算出Ｓ形减速曲线。 两只箕斗的实际位置之间还要进行互相监
方式，具有功能强大、可靠性高、控制性能好、系
统调试时间短等特点。
ＳＩＭＡＤＹＮ Ｄ控制系统的另一突出特点就是
其硬件和软件都采用模块化设计．可以根据控制
任务的大小自由配置控制系统的硬件和软件。 根据这一特点，结合原提升机电控系统的改造项
目，自主研制和开发了具有行程控制功能的全数
字提升机调速系统。
由于行程控制对于矿井提升机安全高效运
遗传算法在解决超大规模的优化问题上往 往受到限制，其原因主要有三个方面：（１）由于算 法要求种群规模在演化过程中始终保持一定，如 果种群规模小，所含信息量少，算法不能得到充 分的发挥；如果种群规模大，则信息量大，但计算 时间随之增加；（２）由于交叉算子使得染色体具 有局部相似性，遗传算法容易出现“早熟”现象， 不能搜索到全局最优解；（３）变异概率太小可能 会导致算法爬山能力弱。
万方数据
曹舒春等：矿井提升机行程控制的研究与实现
·１３·
Ｓ形速度给定时，需要对这两部分行程进行修正。 根据分析，这两部分的行程表达式如下：
２
Ａ Ｓ产之
（２）
２４ｒ．。
２
△Ｉｓ。：警一善
（３）
削ｍ ‘‰
式中，口。——额定速度；
乙——额定加速度变化率
３行程控制系统的实现
行程控制的主要完成按照行程原则产生Ｓ形
速度给定和行程闭环控制功能。因此．我们在功能
分配和系统配置时，将行程控制作为调速系统的
一部分。其功能由调速系统的控制器来完成。
３．１行程控制系统硬件配置
调速系统的控制器采用了ＳＩＥＭＥＮＳ公司的
ＳＩＭＡＤＹＮ Ｄ全数字调速系统。该控制系统是
ＳＩＥＭＥＮＳ公司８０年代末、９０年代初推出的通用
型全数字控制系统，是目前世界上最先进的数字 控制系统之一㈣。系统采用了多ＣＰＵ并行处理
要使提升机的运行效率达到最优．就需根据
提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机 的Ｓ形减速曲线。这种方法产生的速度图为三段 式速度图，其减速度是固定的，而减速点是变化 的．因此无需设置减速点开关。
通过分析可知，如果采用斜坡速度给定曲 线，则速度给定曲线可以由式（１）确定。
ｖ＊＝Ｘ／２ａ。Ｓ
（１）
式中，秽半——根据行程计算的速度给定；
＋－＋一十－十··＋··＋－－．４－一＋－－．４－－－＋＊＋－＋－—＋一－－－４－－－４－－－＋－＋－—·卜－＋
两台提升机的日提升量。系统两年多来的现场运 行结果表明．系统具有调速性能优良。故障率低， 可靠性高，便于现场维护等优点，完全满足了矿 井生产的需求。并为矿井进一步扩大生产规模 打下了坚实的技术基础。
由于系统的速度、行程给定信号的产生完全 依赖于箕斗实际位置（行程）。因此对于行程检测 和监视就显得尤为重要。
万方数据
·１４·
工矿自动化
可编程控制器Ｓ７ ４００
由由 ＰＬＣＰＬＣ选翌择 翼运运行行参参 数 数ｋ—畦—— 唑—竺—翌—日忙Ｐ¨丌ｌＩ丌ｌｌ｜邢ｌ
将运行状态参数传送至ＰＬＣ
●主令手柄速度给定
遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）是一类借 鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索 算法，它具有运算简单、收敛速度快、鲁棒性强、 群体寻优等特点，但是遗传算法容易出现“早熟” 现象。爬山能力差。容易陷入局部最优解。禁忌搜 索（Ｔａｂｕ Ｓｅａｒｃｈ，ＴＳ）是一种亚启发式搜索技术， 在搜索过程中允许接受劣解，使得禁忌搜索算法 具有强的“爬山”能力…。但是禁忌搜索算法对初
矿井提升机是在两定点间进行往复运行的 机械设备。正是由于这样工艺特点，就要求提升 机的控制系统停车定位准确．运行高效和保护完 善。对于提升机的控制终究是对于行程（位置）的 控制。因此行程控制在提升机电控系统中具有重 要的地位。
通常行程原则的Ｓ形速度给定多采用由控 制系统计算箕斗实际位置，利用硬件减速开关或 软件内设定系统减速点。当箕斗位置到达减速点 后，由控制系统按照设定参数产生Ｓ形速度曲 线。这种方法属于定点减速，减速点位置固定，且 一般按照提升机最大运行速度设置。当提升机运 行速度低于最大速度时，就会产生较大一段爬行 速度，降低了提升机的运行效率。
３．王清灵，龚幼民．现代矿井提升机电控系 统．北京：机械工业出版社，１９９６
万方数据
矿井提升机行程控制的研究与实现
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
曹舒春， 戴鹏 曹舒春(淮南矿业(集团)公司,安徽,淮南)， 戴鹏(中国矿业大学信电学院,江苏,徐州 ,221008)
·１２·
工矿自动化
矿井提升机行程控制的研究与实现
曹舒春，戴鹏２ （１．淮南矿业（集团）公司安徽淮南２．中国矿业大学信电学院江苏徐州２２１００８）
【摘要】本文在分析矿井提升机行程控制的基础上，提出了按照行程原则的Ｓ形速度给定方 法。并结合矿井提升机电控系统的改造，介绍了行程控制系统具体的软件和硬件实现。应用结果表明： 改造后的控制系统行程控制系统具有定位准确、运行高效和保护完善等特点。完全满足矿山生产的要 求，并为扩大矿井的生产能力打下了良好的技术基础。
视，确保计算的行程值准确无误。同时。井筒中
设置了同步校正开关，两只箕斗的同步开关也是
独立的，均设置在减速点之前，分别对两台箕斗
的行程计数值进行校正。
系统经过研制、开发和现场安装调试．于 ２００２年６月正式投入现场工业运行。现场测试 结果表明，采用行程控制后，在全自动运行方式 下，每提升循环节约时间３０ｓ。为了充分考核系 统性能，曾经进行了连续５天的性能测试。在这 五天内，每日单机提升量都维持在９０００ｔ以上。
选择运行参数（速度限幅、
加速度限幅减速度限幅等）
Ｉ警［二趣二乎］ 选择速度给定
速度给定积分器
焉Ｆ—］矿砸
饕给ｆＪ
Ｌ———一
ｌ行程调节器
位置选择 箕斗１／２计数
行程同步卜一箕斗１／２位置检测
系数
韦Ｊ，斗力—矩—前馈—控一制 力矩给
速度调节器Ｉ 定限幅
翱ｊ而岛睦 砸三）薪框三
一ｍｏ
力矩给定’
ｌ静力矩预置计算ｌ匕＝
％——额定加（减）速度；
．ｓ——计算的箕斗实际位置。
但为了减小机械冲击，速度给定曲线需采用
Ｓ形速度给定曲线。如图１所示。
０ 图１减速度曲线
比较两种减速曲线可以看出，Ｓ形速度曲线 相比斜坡形减速曲线在减速和停车段增加了两 段圆弧，这两段圆弧意味着增加了两部分行程 ＡＳｌ（对应阴影Ｉ）和ＡＳ２（对应阴影ＩＩＩ）。在产生
【关键词】遗传算＂法（ＧｅｎｅｄｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）禁忌搜索汀ａｂｕｓｅａｒｃ均直接转矩调速系统
１引言 煤矿电机车运行时，它的速度与电机车自身
情况、道路情况、环境情况有关．因此电机车调速 系统的数学模型是比较复杂的．且数学模型的参 数是不确定的。因此。采用传统的控制方法很难 实现速度的精确控制。针对上述情况，本文提出 了一种采用模糊逻辑理论实现对电机车控制的 方案。为了提高系统动态性能，采用混合遗传算 法对模糊控制器中的参数进行了寻优。
图３电枢电流Ｏ－－＊３０００Ａ阶跃响应波形
图４ １０ｎｇｓ－－＊０ｍ／ｓ减速段速度波形
其中最高日提升量达到９６５０ｔ，几乎为改造之前
万方数据
王鹏云等：一种混合遗传算法在异步电机直接转矩调速系统中的应用
·１ ５·
一种混合遗传算法在异步电机直接转矩调速系统中的应用
王鹏云马宪民 （西安乖Ｈ支大学电控学院７１００５４）
为了行程控制系统的软件易于现场使用和 维护，在软件编制的时候对于系统参数进行了实 参数化，面向现场技术人员的参数不再是复杂的 代码。而是常用具有单位的实参数。当现场技术 人员需要修改最大运行速度时或爬行距离时，仅 需要通过编程器输入“ＸＸ．ＸＸ ｍ／ｓ”或”ＸＸＸ．ＸＸ ｍ”即 可，非常便于使用和维护。
同时。系统的研制成功，为同类型提升机电 控系统的高定位技术改造探索出一条低成本、高 性能、切实可行的技术路线。获得了良好的技术 经济效益。
值的依赖性较大。本文将两者结合构成了的一种 新的算法，既克服了它们的缺点又发挥了它们的 长处。研究表明，采用混合遗传算法对模糊控制 器中的参数进行寻优，可以加快收敛速度，具有 很强的自适应能力。 ２混合遗传算法的提出
ｌ壅鏖笙型
Ｖ。
图２行程控制系统软件框图
首先要保证检测设备硬件的可靠性。基于这 点考虑。我们选择了工业级，重载制的轴编码器 作为行程检测传感器。同时检测通道是完全独立 的两个通道．从传感器到电缆直到处理器模板完 全采用了双通道冗余配置。
其次要对控制系统计算的行程实际值进行 监视。对于来自不同检测通道的计算值进行互相 比较监视，如两个轴编码器计算行程之间的互相 监视、轴编码器计算速度与测速发电机速度反馈 之间的互相监视等。另外控制系统还设置了逐点 ｊ监视．连续速度监视等等诸多保护功能，这里不 再赘述。 ５系统部分测试结果
【摘 要】 针对煤矿电机车异步电动机直接转矩控制系统中数学模型参数的不确定问题提出了一种基 于混合遗传算法的模糊控制器，讨论了遗传算法中禁忌搜索（ＴａｂｕＳｅａｒｃｈ）的变异算子，并对它进行了一些改 进。理论分析币，仿真结果表明，采用遗传算法可以对模糊控制器的加权因子进行Ｉ铰√匕，有助于改善系统的动态 性能。
行具有极其重要的作用，因此对于箕斗实际位置
（行程）的检测都采用了双通道独立检测的方式 实现的。系统设置了两台与滚筒同轴联结的轴
编码器用于编码器的脉冲信号进行独立计
算，分别计算出主箕斗和付箕斗的实际位置。行
程控制根据朝向井口运行的箕斗实际位置实时
计算出Ｓ形减速曲线。 两只箕斗的实际位置之间还要进行互相监
方式，具有功能强大、可靠性高、控制性能好、系
统调试时间短等特点。
ＳＩＭＡＤＹＮ Ｄ控制系统的另一突出特点就是
其硬件和软件都采用模块化设计．可以根据控制
任务的大小自由配置控制系统的硬件和软件。 根据这一特点，结合原提升机电控系统的改造项
目，自主研制和开发了具有行程控制功能的全数
字提升机调速系统。
由于行程控制对于矿井提升机安全高效运
遗传算法在解决超大规模的优化问题上往 往受到限制，其原因主要有三个方面：（１）由于算 法要求种群规模在演化过程中始终保持一定，如 果种群规模小，所含信息量少，算法不能得到充 分的发挥；如果种群规模大，则信息量大，但计算 时间随之增加；（２）由于交叉算子使得染色体具 有局部相似性，遗传算法容易出现“早熟”现象， 不能搜索到全局最优解；（３）变异概率太小可能 会导致算法爬山能力弱。
万方数据
曹舒春等：矿井提升机行程控制的研究与实现
·１３·
Ｓ形速度给定时，需要对这两部分行程进行修正。 根据分析，这两部分的行程表达式如下：
２
Ａ Ｓ产之
（２）
２４ｒ．。
２
△Ｉｓ。：警一善
（３）
削ｍ ‘‰
式中，口。——额定速度；
乙——额定加速度变化率
３行程控制系统的实现
行程控制的主要完成按照行程原则产生Ｓ形
速度给定和行程闭环控制功能。因此．我们在功能
分配和系统配置时，将行程控制作为调速系统的
一部分。其功能由调速系统的控制器来完成。
３．１行程控制系统硬件配置
调速系统的控制器采用了ＳＩＥＭＥＮＳ公司的
ＳＩＭＡＤＹＮ Ｄ全数字调速系统。该控制系统是
ＳＩＥＭＥＮＳ公司８０年代末、９０年代初推出的通用
型全数字控制系统，是目前世界上最先进的数字 控制系统之一㈣。系统采用了多ＣＰＵ并行处理
要使提升机的运行效率达到最优．就需根据
提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机 的Ｓ形减速曲线。这种方法产生的速度图为三段 式速度图，其减速度是固定的，而减速点是变化 的．因此无需设置减速点开关。
通过分析可知，如果采用斜坡速度给定曲 线，则速度给定曲线可以由式（１）确定。
ｖ＊＝Ｘ／２ａ。Ｓ
（１）
式中，秽半——根据行程计算的速度给定；
＋－＋一十－十··＋··＋－－．４－一＋－－．４－－－＋＊＋－＋－—＋一－－－４－－－４－－－＋－＋－—·卜－＋
两台提升机的日提升量。系统两年多来的现场运 行结果表明．系统具有调速性能优良。故障率低， 可靠性高，便于现场维护等优点，完全满足了矿 井生产的需求。并为矿井进一步扩大生产规模 打下了坚实的技术基础。
由于系统的速度、行程给定信号的产生完全 依赖于箕斗实际位置（行程）。因此对于行程检测 和监视就显得尤为重要。
万方数据
·１４·
工矿自动化
可编程控制器Ｓ７ ４００
由由 ＰＬＣＰＬＣ选翌择 翼运运行行参参 数 数ｋ—畦—— 唑—竺—翌—日忙Ｐ¨丌ｌＩ丌ｌｌ｜邢ｌ
将运行状态参数传送至ＰＬＣ
●主令手柄速度给定
遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）是一类借 鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索 算法，它具有运算简单、收敛速度快、鲁棒性强、 群体寻优等特点，但是遗传算法容易出现“早熟” 现象。爬山能力差。容易陷入局部最优解。禁忌搜 索（Ｔａｂｕ Ｓｅａｒｃｈ，ＴＳ）是一种亚启发式搜索技术， 在搜索过程中允许接受劣解，使得禁忌搜索算法 具有强的“爬山”能力…。但是禁忌搜索算法对初
矿井提升机是在两定点间进行往复运行的 机械设备。正是由于这样工艺特点，就要求提升 机的控制系统停车定位准确．运行高效和保护完 善。对于提升机的控制终究是对于行程（位置）的 控制。因此行程控制在提升机电控系统中具有重 要的地位。
通常行程原则的Ｓ形速度给定多采用由控 制系统计算箕斗实际位置，利用硬件减速开关或 软件内设定系统减速点。当箕斗位置到达减速点 后，由控制系统按照设定参数产生Ｓ形速度曲 线。这种方法属于定点减速，减速点位置固定，且 一般按照提升机最大运行速度设置。当提升机运 行速度低于最大速度时，就会产生较大一段爬行 速度，降低了提升机的运行效率。
３．王清灵，龚幼民．现代矿井提升机电控系 统．北京：机械工业出版社，１９９６
万方数据
矿井提升机行程控制的研究与实现
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
曹舒春， 戴鹏 曹舒春(淮南矿业(集团)公司,安徽,淮南)， 戴鹏(中国矿业大学信电学院,江苏,徐州 ,221008)
·１２·
工矿自动化
矿井提升机行程控制的研究与实现
曹舒春，戴鹏２ （１．淮南矿业（集团）公司安徽淮南２．中国矿业大学信电学院江苏徐州２２１００８）
【摘要】本文在分析矿井提升机行程控制的基础上，提出了按照行程原则的Ｓ形速度给定方 法。并结合矿井提升机电控系统的改造，介绍了行程控制系统具体的软件和硬件实现。应用结果表明： 改造后的控制系统行程控制系统具有定位准确、运行高效和保护完善等特点。完全满足矿山生产的要 求，并为扩大矿井的生产能力打下了良好的技术基础。
视，确保计算的行程值准确无误。同时。井筒中
设置了同步校正开关，两只箕斗的同步开关也是
独立的，均设置在减速点之前，分别对两台箕斗
的行程计数值进行校正。
