康俊偉

煤炭是重要能源，我國大部分的電能需要依賴焚燒煤炭產(chǎn)生，我國煤炭資源豐富，但石油燃?xì)赓Y源相對較少。在未來很長一段時間內(nèi)，煤炭會是國內(nèi)能源的主要組成部分，以煤炭為基礎(chǔ)、多種能源并存的發(fā)展計(jì)劃與戰(zhàn)略布局會一直指導(dǎo)國內(nèi)的能源市場。煤炭的高效開采是國內(nèi)能源安全可持續(xù)發(fā)展不可缺少的必要條件。而我國煤炭開采效率并不是很高，安全事故頻發(fā)，由于過度開采導(dǎo)致的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問題日益突出。目前國內(nèi)大多數(shù)開采煤炭的機(jī)器自動化程度不高，多數(shù)時候需要人為操控，不能高效地開采煤炭，亟需一種高效的采煤自動化設(shè)備與控制策略來提高煤炭開采的效率并保障人員安全。

一、滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)

滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，包含機(jī)械、液壓與控制模塊，在采煤機(jī)帶有大功率慣性負(fù)載的情況下，運(yùn)用傳統(tǒng)PID控制策略很難高效控制采煤機(jī)工作，會使?jié)L筒式采煤機(jī)超調(diào)量較大且性能較低。滾筒式采煤機(jī)液壓升高系統(tǒng)使用電液比例控制技術(shù)，在調(diào)高過程中可以較為精準(zhǔn)地控制調(diào)高過程。

（一）滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)的控制模塊

滾筒式采煤機(jī)液壓升高系統(tǒng)精準(zhǔn)控制調(diào)高過程中有兩個控制模塊——開環(huán)控制與閉環(huán)控制。

開環(huán)控制模塊：先對控制信號進(jìn)行設(shè)置，而后再對控制的閥門進(jìn)行變動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對閥門流量的調(diào)節(jié)與控制，最終使采煤機(jī)的滾筒調(diào)高裝置得到較好的調(diào)節(jié)。

閉環(huán)控制模塊：滾筒式采煤機(jī)的調(diào)高控制系統(tǒng)整體是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中，活塞杠的移動位置大小由位置傳感器來檢測得到，得到此檢測信號后，將此信號與設(shè)定的控制信號相減做差，將此差值信號稱為系統(tǒng)的誤差信號。最后將誤差信號送入PID控制模塊或其他改進(jìn)的控制策略中，實(shí)現(xiàn)誤差信號逐步減小，得到理想的輸出信號，完成對采煤機(jī)滾筒的調(diào)高控制。

（二）滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)的主要裝置

滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)的主要裝置有以下幾個：功率放大裝置、電液比例控制裝置、比較裝置以及位置傳感裝置等。因?yàn)闈L筒切割煤炭時會受到阻力與摩擦力的影響，筆者需要將外部的負(fù)載擾動加入進(jìn)來考慮。下面將對滾筒式采煤機(jī)的調(diào)高控制系統(tǒng)的裝置挑選重點(diǎn)的來介紹。

1.功率放大裝置

功率放大裝置通常是對輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的元件，它可以調(diào)整原設(shè)定信號的大小，從而達(dá)到使電磁鐵的磁力發(fā)生變化的目的，并且還能通過輸出信號來對電液比例控制模塊進(jìn)行改變。功率放大裝置是滾筒式采煤機(jī)調(diào)高控制裝置不可或缺的重要組成部分。在整個系統(tǒng)中，功率放大裝置由電液比例方向閥來確定，可以由功率放大裝置來初步建立整個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這個環(huán)節(jié)是一個比例環(huán)節(jié)。

2.位置傳感裝置

系統(tǒng)使用的位置傳感裝置采用液壓缸活塞缸的位置信號作為輸入信號，將比較裝置給出的電壓差值信號作為輸出信號，此裝置的響應(yīng)時間大大低于機(jī)械裝置的響應(yīng)時間，因此能將此裝置代表的模塊簡化為另一個比例環(huán)節(jié)。3.常規(guī)PID控制器

在連續(xù)的控制過程里，將系統(tǒng)反饋的偏差值進(jìn)行比例、積分與微分的組合運(yùn)算，三者的各自占比與誰先誰后通過經(jīng)驗(yàn)來確定，最后將運(yùn)算后的結(jié)果信號給到被控對象來輸出，這種控制過程被稱為PID控制器。

在控制器中，給定輸入量后，將控制系統(tǒng)實(shí)際輸入值與反饋回的輸出量做減法，得到誤差信號e(t)。通過調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)的誤差信號e(t)，最后得到PID控制器的控制輸出。這種控制策略稱之為PID控制。

二、單神經(jīng)元PID算法

滾筒式采煤機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，常規(guī)PID控制已經(jīng)無法滿足精確控制的需求。因?yàn)樵谶\(yùn)用常規(guī)PID控制策略時，比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié)的系數(shù)確定后便無法變動。在非線性系統(tǒng)中，確定的PID參數(shù)不能使系統(tǒng)穩(wěn)定并精確控制。因此，亟需一種可以在控制過程中實(shí)時根據(jù)外部擾動的變化PID參數(shù)而變化的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)如今，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展如火如荼，在各種領(lǐng)域中起到了很好的作用。它最主要的特點(diǎn)是可以實(shí)時學(xué)習(xí)系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)，不斷根據(jù)外界環(huán)境來調(diào)整神經(jīng)元之間的權(quán)重，最終得到一個魯棒性強(qiáng)、精確度高的模型。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有這個優(yōu)勢，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)PID控制策略在非線性系統(tǒng)時無法實(shí)時改變PID參數(shù)的缺點(diǎn)，所以將PID控制策略與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，提出一種單神經(jīng)元PID控制算法，使PID控制中的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié)的系數(shù)可以實(shí)時調(diào)整。神經(jīng)元的三個權(quán)重對應(yīng)與PID控制三個環(huán)節(jié)的系數(shù)，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的能力不斷更新三個控制參數(shù)。

單神經(jīng)元PID控制策略的三個權(quán)重值可以在不同的規(guī)則下不斷調(diào)節(jié)，相應(yīng)地，它們所對應(yīng)的三個控制參數(shù)也可以根據(jù)外部環(huán)境的擾動變化而不斷調(diào)整到最佳值，來實(shí)現(xiàn)較為精確的控制，得到最好的輸出結(jié)果。正因如此，單神經(jīng)元PID控制策略是一個魯棒性很強(qiáng)的控制器，在非線性系統(tǒng)中可以收到很好的控制效果。

三、結(jié) 語

滾筒式采煤機(jī)在采煤工作中起到了至關(guān)重要的作用，其工作效率的高低直接影響著綜合采煤工作的自動化水平。針對滾筒采煤機(jī)由于上下調(diào)節(jié)滾筒時速度較慢而導(dǎo)致的搖臂產(chǎn)生抖動的問題，基于常規(guī)PID控制策略，筆者設(shè)計(jì)的這種改進(jìn)的單神經(jīng)元PID控制策略對采煤系統(tǒng)進(jìn)行控制，使?jié)L筒向上調(diào)整的速度更快，向下調(diào)整時活塞桿的速度也明顯地加快，從而使搖臂抖動問題從根源上得到了改善。