提升距离487m，倾角25°；减速机速比20。副斜井提升机的机械传动系统结构示意图如图2—1所示：
2.3提升机调速控制方式及调速性能分析
矿井提升机电力拖动部分有直流调速和交流调速两种调速控制方式。其各有优缺点，下面分别叙述。
2.3.1提升机直流调速性能分析
直流电动机的稳态转速可表示为：
U?IR n?Ke?式中：n—转速（r/min）；
U—电抠电压（V）： I—电抠电流（A）；
R—电抠回路总电阻（?）； ?—励磁磁通（Wb）；
Ke—由电机结构决定的电动势常数。 由上式可以看出，有三种调节电动机转速的方法： 1） 调节电抠供电电压U；
2） 减弱励磁磁通?； 3） 改变电抠回路电阻R。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电抠供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只能配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。根据系统供电形式的不同，变压调速系统可分为以下三种：发电机—电动机调速系统、晶闸管整流器—电动机调速系统及直流脉宽调制（PWM）系统。
1、发电机—电动机调速系统（G-M系统）
发电机－电动机系统是以旋转变流机组作为可控电源的供电的直流调速系统，该系统
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的主要部件为直流发电机G，直流电动机M，故简称G－M系统。国际上通称为Wand－
?G和?MLeonand系统。直流发电机G由原动机M（交流异步电动机或同步电动机）拖动，分别是发电机和电动机励磁回路的磁通。系统由原动机拖动直流发电机，改变发电机励磁
回路的磁通?G即可改变发电机的输出电压UG也就改变了直流电动机的电枢电压Ud，从而实现调压调速的目的。这种调速系统，设备多、体积大、费用高、效率低、安装需打地基、运行有噪声、维护不方便。目前仅在尚未更新设备的地方应用。
2、晶闸管整流器—电动机调速系统（V-M系统）
晶闸管－电动机系统是由晶闸管可控整流电路给直流电动机供电的系统，简称V－M系统，又称静止的Wand－Leonand系统。这类系统通过改变给定电压Uc来改变晶闸管整流装置的触发脉冲的相位，从而可改变晶闸管整流器的输出电压Ud的平均值，进而达到改变直流电动机转速的目的。与G-M系统相比，此系统在经济性、可靠性及技术性能上也有较大的优势。其设备简单，调速更快。但此系统只允许电机在I、IV象限运行，不能满足提升机四象限运行的要求；且低速运行时，产生较大的谐波电流，引起电网电压小型畸变，形成污染。
3、直流脉宽调制（PWM）系统
直流脉宽式调速系统，核心是脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulation ，缩写为PWM），它是通过改变脉冲宽度的控制方式对直流电源进行调制，从而改变输出电压平均值的方法，是在V－M调速系统的基础上，以脉宽调制式直流可调电源取代晶闸管相控整流电源后构成的直流电动机速度调节系统。与V-M系统相比，直流PWM调速系统性能更优越：a、低速运行平稳，调速精度高，调试范围宽b、快速响应性能好，动态抗干扰能力强；c、电机损耗及发热小。
2.3.2提升机交流调速性能分析
根据被控对象一交流电动机的种类不同，交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。
1、同步电动机调速系统的基本类型
由同步电动机转速公式n?60fsnp，(fs为定子供电频率，np为电动机极对数)可知，同步电动机唯一依靠变频调速。根据频率控制方式的不同，同步电动机调速系统可分为两类，即他控式和自控式同步电动机调速系统。
① 他控式同步电动机调速系统
用独立的变频装置作为同步电动机的变频电源叫做他控式同步电动机调速系统。他控式恒压频比的同步电动机调速系统目前多用于小容量场合，例如永磁同步电动机、磁阻同步电动机。
② 自控式同步电动机调速系统
采用频率闭环方式的同步电动机调速系统叫做自控式同步电动机调速系统，是用电机轴上所装转子位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。自控式同步电动机调速系统可分为两种类型：负载换向自控式同步电动机调速系统(无换向器电机)、交一交变频供电的同步电动机调速系统。
2、异步电动机调速系统的基本类型
由异步电动机工作原理可知，从定子传入转子的电磁功率pm。可分为两部分：一部分
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pd?(1?s)pm是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率ps?spm，与转差率s成正比。转差功率如何处理，是消耗掉还是回馈给电网，可衡量异步电动机调速系统的效率高低。因此按转差功率处理方式的不同可以把异步电动机调速系统分为三类。
① 转差功率消耗型调速系统．
将转差功率全部转换成热能的形式而消耗掉。晶闸管调压调速属于这一类。这类系统的效率最低，是以增加转差功率的消耗为代价来换取转速的降低。但是由于这类系统结构最简单且易实现自动控制，所以对于要求不高的小容量（100KW以下）场合还有一定的用途。
② 转差功率回馈型调速系统
将转差功率一小部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈给电网。转速越低，回馈的功率越多。绕线式异步电动机串级调速和双馈调速属于这一类。显然这类调速系统效率最高，但系统的功率因数低。
③ 转差功率不变型调速系统
转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但在这类系统中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调速属于此类。变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。目前在交流调速系统中，变频调速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的交流调速系统。变频调速技术及其装置仍是21世纪的主流技术和主流产品。
综上所述，直流调速的电枢和励磁是分开的，能够精确控制；且直流调速转矩速率特性好并能在大范围内平滑地调速，因此在矿井提升系统中得到广泛应用。机械式换向器和电刷是直流电动机的重要部件。机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有极限容许值，这就限制了电机的转速和功率。如果要超过极限容许值，则大大增加电机制造的难度和成本，以及调速系统的复杂性。因此，在工业生产中，对转速要求高、大功率的场合则根本无法采用直流调速方案；在实际应用中，电刷磨损严重，且在负载工作条件下，出现打火现象，甚至形成环火，极易造成电枢两极短路，危及整个系统的安全。由此可见，这将使得直流调速系统的应用也相应受到了限制。然而，采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制，满足生产发展对调速传动的各种不同的要求。交流电动机是多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速成为可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多的采用了矢量控制型的变频调速装置。实践证明，采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。
2.4 提升机调速控制方案分析
提升机在选用调速控制系统时要按负载的特性要求，并结合矿井的生产规模，以达到经济、实用为目的。常用的控制方案主要有：转子回路串电阻调速、模糊控制、直接转矩等。
2.4.1绕线型异步电动机转子回路串电阻调速系统
传统矿井提升机交流拖动系统中选用绕线型异步电动机作为主拖动电动机，电动机的
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转子回路串接电阻或频敏变阻器，可以改善动态性能，不但可以减小启动电流，还可以增加启动转矩，并能在一定范围内进行调速。提升机转子串入五段电阻调速原理如图2-2所示。
图2-2 提升机五段转子串电阻调速原理图
这种调速方法的电动机转速调节是通过改变转子回路串联的附加电阻来实现的。显然这是有级调速，并且调速时能耗很大，属转子功率消耗型调速方案。在加速阶段和低速运行时，大部分能量以热能的形式消耗掉了，因此电控系统的运行效率较低。
在加速过程中，交流接触器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5逐级吸合，转子回路电阻依次减小，以保证加速力矩的平均值不变。如果要求提升机低速运行，则需在转子回路串较大电阻。为了解决减速段的负力要求，通常采用动力制动方案，即将定子侧的电源切除，施加直流电压，或在定子绕组上施加低频电源，让电动机工作在发电状态。这种拖动方案存在的问题是：
1）开环有级调速，加速度难以准确控制，调速精度差； 2）触点控制，大量使用大容量开关，系统维护工作量大，可靠性差； 3）运行效率低，在低速时大部分功率都消耗在电阻上；
4）电机的机械特性偏软，一般电阻上消耗的功率约为电动机输出功率的 20~30%。 虽然这种调速方案存在着调速性能差，运行效率低、运行状态的切换死区大及调速不平滑等缺点，但控制方式简单、初期设备投资小、维护容易、操作方便，目前在我国中小型矿井这种方案使用得相当普遍，以后将面临着技术改造的问题。 2.4.2 模糊控制调速系统
1、模糊控制的基本思想
模糊控制（Fuxxy Control）的基本思想是把人类专家对特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列以“IF（条件）THEN（作用）”表达式形式表示的控制规则，通过模糊推理处理得到控制作用集，作用于被控对象或过程控制，作用集为一组条件语句，状态条件和控制作用均为一组被量化了的模糊语言集，如“正大”、“负大”、“高”、“低”、“正常”等。一般的模糊算法包括以下五个步骤：
① 定义模糊子集，建立模糊控制规则； ② 由基本论域转化为模糊集合论域； ③ 模糊关系矩阵运算；
④ 模糊推理合成，求出控制输出模糊子集；
⑤ 进行逆模糊运算、模糊判决，得到精确控制量；
在模糊控制系统中，模糊控制器是整个控制系统的核心。模糊控制器主要由模糊化接
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口、知识库、模糊推理、清晰化(解模糊接口)四部分组成。模糊化接口接受的输入只有误差信号e，由e再生成误差变化率模糊化接口主要完成论域变换和模糊化两项功能。知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心。模糊控制应用的是广义前向推理，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。由模糊推理结果产生模糊控制器的输出，解模糊接口主要完成以下两项工作:解模糊和论域反变换。
2、提升机模糊控制系统原理图
在对电机的转速控制中，采用二维的输入变量即使用误差和误差的变化率。实现模糊控制的原理框图如图2—3所示：
PLC通过采样获取被控量的精确值，然后将此量与给定值进行比较得到误差信号e、误差变化率de/dt，把误差信号和误差变化率的精确量模糊化变成模糊量E、Ec再经过模糊推理得到模糊控制量U，进行解模糊处理得到控制信号u，送入变频器从而对被控对象实施控制。
3、模糊控制的特点
模糊控制与常规控制相比，具有以下优点:
① 它是一种非线性的控制方法，工作范围宽，适用范围广，特别适合于非线性系统的控制。
② 模糊控制完全是在操作人员控制经验基础上实现对系统的控制，无需建立被控对象的数学模型，是解决不确定系统的一种有效途径。
③ 模糊控制具有较强的鲁棒性，被控对象参数的变化对模糊控制的影响不明显，可用于非线性、时变、时滞系统的控制。
④ 模糊控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，由工业过程的定性过程出发，较易建立语言变量控制规则。
⑤ 由离线计算得到控制查询表，提高了控制系统的实用性。
⑥ 由不同的观点出发，可以设计几个不同的指标函数，但对一个给定的系统而言，其语言控制规则分别独立，通过整个控制系统协调，可以取得总体的协调控制。
模糊控制的主要缺陷是:
① 信息简单的模糊处理导致系统的控制精度降低和动态品质变差，若要提高精度则必然增加量化级数，从而导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能实时控制。
② 模糊控制的设计尚缺乏系统性，无法定义控制目标，控制规则的选择、论域的选
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