本实用新型专利技术涉及一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置。本实用新型专利技术具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.完全适应挖掘机负载变化频繁、堵转、变惯量、振动和冲击大、环境温差大等特点；控制精确；抗干扰性强；动态响应快；对传动机械冲击振动小；对负载适应性强、鲁棒性好；维护费用低；可靠性高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种自适应数字控制器，尤其是涉及一种一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器。
技术介绍
大型电传动矿用挖掘机是大型露天矿山采矿场的主要采矿设备，其自重达500 1000吨，其铲斗容积达十几到几十立方(一次挖掘矿石数十吨)，动力来源为电力，通过铲上电气传动系统完成挖掘机的行走、提升、回转和推压作业，整个挖掘机供电容量达到几个兆伏安，单台传动系统最大直流工作电流达几千安，电力传动系统是挖掘机的核心设备。大型矿用挖掘机电力传动系统仅由ABB、Siemens等较少的国外公司设计制造，已装备在美国Pffl公司的2300XP等大型挖掘机，国内相关技术的研制依然是空白，由于挖掘机挖掘阻力不确定、负载变化频繁、堵转、振动和冲击大，控制对象模型负载惯性时间常数随挖掘量变化具有较大的摄动。传统的固定控制参数的PID调节控制器难以使系统保持较大的稳定裕量、抑制干扰能力和较快的响应，且传统控制系统为模拟器件构成的分立插接控制板，在挖掘机露天的强震动、大粉尘、大温差的恶劣环境下工作，故障率较高，抗干扰能力差，且接线复杂，备件更换及维护保养要求较高，已不能充分满足高效采矿生产的需要。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术所存在的难以使系统保持较大的稳定裕量、抑制干扰能力和较快的响应，且传统控制系统为模拟器件构成的分立插接控制板，在挖掘机露天的强震动、大粉尘、大温差的恶劣环境下工作，故障率较高，抗干扰能力差，且接线复杂， 备件更换及维护保养要求较高，已不能充分满足高效采矿生产的需要等的技术问题；提供了一种完全适应挖掘机负载变化频繁、堵转、变惯量、振动和冲击大、环境温差大等特点； 控制精确；抗干扰性强；动态响应快；对传动机械冲击振动小；对负载适应性强、鲁棒性好；维护费用低；可靠性高的一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的—种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，其特征在于，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置在上述的一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，所述的变流控制装置包括S形斜坡给定的斜坡给定装置；以及自适应转速双闭环调节器和自适应转矩双闭环调节器在上述的一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，所述的控制模块包括依次连接的信号调理电路、DSP模块、CPLD模块、I/O 接口、模拟数字转换电路以及脉冲驱动电路；其中，DSP模块采用TMS320系列，主要完成无功检测控制算法的计算、各种数据的采集和处理、系统保护及通讯；CPLD模块采用EPM7128AETI100，实现电容投切算法和触发脉冲生成，同时，实时监测从IO板输入DSP板的开关量输入信号状态，并以中断的形式通知DSP进行处理；模拟数字转换电路采用14位同步采样ADC芯片MAX1320ECM。因此，本技术具有如下优点1.设计合理，结构简单且完全实用；2.完全适应挖掘机负载变化频繁、堵转、变惯量、振动和冲击大、环境温差大等特点；控制精确；抗干扰性强；动态响应快；对传动机械冲击振动小；对负载适应性强、鲁棒性好；维护费用低； 可靠性高。附图说明图1为变流控制框图；图2为变流控制软件流程图；图3为专家PID自适应调节软件流程图；图4为S形曲线给定框图；Tir为加速时间，Γ皿为加速圆角时间，Γβ为减速时间，Tjb为减速圆角时间。图5为变流器外部接口图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置，变流控制装置包括S形斜坡给定的SRG，给定前加入较大斜坡和圆弧，用于使传动机械转速转矩给定不仅是斜坡，而且在斜坡的起始和终结部分是圆角，即要求加速度的变化率受到限制，使启动过程舒缓稳定， 适应不同传动机械并减小冲击和振动；以及自适应转速双闭环调节器ASR和自适应转矩双闭环调节器ATR，ASR和ATR为专家控制和PID闭环控制相结合的自适应转速和转矩双闭环调节器，根据被控(提升、推压、回转)对象的转矩、转速响应情况，估计受控对象的控制模型，利用专家经验的控制规律，检测误差的绝对值和变化率，以智能的方式实时调整控制模型的结构和参数，提高挖掘控制的鲁棒性、精确性和快速响应。根据被控(提升、推压、回转) 对象的转矩、转速响应情况，估计受控对象的控制模型，利用专家经验的控制规律，检测误差的绝对值和变化率，以智能的方式实时调整控制模型的结构和参数，提高挖掘控制的鲁棒性、精确性和快速响应。控制器采用基于DSP+CPLD的硬件平台实现，如图5所示。主程序控制流程如图2所示。本技术针对挖掘机这种挖掘阻力不确定、负载惯性时间常数随挖掘量变化的具有较大对象模型摄动控制系统，为使系统保持较大的稳定裕量、抑制干扰能力和较快的响应，研制一种基于专家控制和PID闭环控制相结合的针对挖掘特性的自适应数字控制器，根据被控(提升、推压、回转)对象的转矩、转速响应情况，估计受控对象的控制模型，利用专家经验的控制规律，检测误差的绝对值和变化率，以智能的方式实时调整控制模型的结构和参数。令《(fc)表示离散化的当前采样时刻的误差值，φ-l) (t-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，4k)为控制输入，传统增量PID调节器的一般形式为权利要求1.一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，其特征在于，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置。2.根据权利要求1所述的一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，其特征在于，所述的变流控制装置包括S形斜坡给定的斜坡给定装置，以及自适应转速双闭环调节器和自适应转矩双闭环调节器。3.根据权利要求1所述的一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，其特征在于，所述的控制模块包括依次连接的信号调理电路、 DSP模块、CPLD模块、I/O接口、模拟数字转换电路以及脉冲驱动电路；其中，DSP模块采用TMS320系列，主要完成无功检测控制算法的计算、各种数据的采集和处理、系统保护及通讯；CPLD模块采用EPM7128AETI100，实现电容投切算法和触发脉冲生成，同时，实时监测从IO板输入DSP板的开关量输入信号状态，并以中断的形式通知DSP进行处理；模拟数字转换电路采用14位同步采样ADC芯片MAX1320ECM。专利摘要本技术涉及一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和PID闭环控制相结合的自适应数字控制器，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置。本技术具有如下优点1.设计合理，结构简单且完全实用；2.完全适应挖掘机负载变化频繁、堵转、变惯量、振动和冲击大、环境温差大等特点；控制精确；抗干扰性强；动态响应快；对传动机械冲击振动小；对负载适应性强、鲁棒性好；维护费用低；可靠性高。文档编号G05B19/18GK20201858本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于大型露天矿用挖掘机的专家控制和ＰＩＤ闭环控制相结合的自适应数字控制器，其特征在于，包括控制模块以及与控制模块相连的变流控制装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姬凯，陈嘉福，钱丽，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：实用新型
国别省市：83
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