择、模糊集的定义、量化因子与比例因子的选取等大多采用试凑法，这对复杂系统的控制是难以奏效的。为了使模糊控制器的参数或者规则在控制过程中能够自动地调整、修改和完善，模糊控制器的设计自然而然地向着自适应、自校正的方向发展。 2.4.3 直接转矩控制系统
直接转矩控制系统简称DTC(Direct Torque Control)是在20世纪80年代中期继矢量控制技术之后发展起来的一种高性能异步电动机变频调速系统。1977年美国学者A.B.Plunkett在IEEE杂志上首先提出了直接转矩控制理论，1985年由德国鲁尔大学Depenbrock教授和日本Tankahashi分别取得了直接转矩控制在应用上的成功，接着在1987年又把直接转矩控制推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制，直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题
传统的直接转矩控制技术的主要问题是低速时转矩脉动大。为了降低或消除低速时的转矩脉动，提高转速、转矩控制精度，扩大直接转矩控制系统的调速范围，近些年来提出了许多新型的直接转矩控制系统。虽然这些新型直接转矩控制技术在不同程度上改善了调速系统的低速性能，但是其低速性能还是不能达到矢量控制的水平。最近出现了一种间接转矩控制技术，受到了很多学者的关注。间接转矩控制技术具有优良的低速性能，另外由于其独特的控制思想可以降低逆变器的开关频率，从而特别适用于大容量调速场合。
直接转矩控制的目标是:通过选择适当的定子电压空间矢量，使定子磁链的运动轨迹为圆形，同时实现磁链模值和电磁转矩的跟踪控制，其系统结构图如图2—4所示。
在图2—4中，定子磁链和电磁转矩分别采用闭环控制，Ψs*、Tei*分别为定子磁链模值和电磁转矩的给定信号，、分别为定子磁链模值和电磁转矩的估计值，作为反馈信号使用。根据误差信号，转矩调节器输出转矩增、减控制信号CT; 磁链调节器输出磁链增、减控制信号CΨ。开关表根据CΨ、CT以及估计器输出的磁链扇区信号，选择正确的定子电压空间矢量，输出控制字SA,B,C给逆变器。
从图2—4中可以看出，和矢量控制相比直接转矩控制具有结构简单，转矩响应速度快、对参数变化鲁棒性强的优点。直接转矩控制的主要缺点是在低速时转矩脉动大，其主
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要原因是:
(1) 由于转矩和磁链调节器采用滞环比较器，不可避免地造成了转矩脉动;
(2) 在电动机运行一段时间之后,电机的温度升高,定子电阻的阻值发生变化,使定子磁链的估计精度降低，导致电磁转矩出现较大的脉动;
(3) 逆变器开关频率的高低也会影响转矩脉动的大小，开关频率越高转矩脉动越小，反之开关频率越低转矩脉动越大。 2.4.4 矢量控制变频调速系统
上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题————通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。以后在实践中许多学者进行了大量的工作，经过不断的改进，历经此后几十年的时间，达到了可与直流调速系统的性能相媲美的程度。具体步骤是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单地说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
图2-5 矢量控制过程框图
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
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采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等，可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等，以提高异步电动机应用性能的技术。为了防止异步电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速，应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整（AVR）控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效果。
2.5小结
本章结合潞安王庄煤矿生产实际情况，阐述了提升机工作原理及对电气控制系统的要求；并给出该矿副斜井提升机传动系统图，使提升机的工作原理更加清晰。王庄煤矿副斜井提升机电控系统是古老的转子串电阻调速，存在很多的安全隐患，急需改进。改进后的电控系统采用什么控制方案更加合理，采用交流还是直流调速，到底哪种调速方法调速性能更好。针对这种种疑问，本章分别对提升机直流调速和交流调速的调速性能进行分析，并就目前存在的几种高精控制系统进行分析，并与目前技术已经成熟的提升机变频调速控制系统做比较，这些工作对确定提升机控制方案提供了很大帮助。设计中同时考虑到串电阻调速系统控制器件多、电路复杂的缺点，所以将可编程控制器（PLC）应用于控制系统。最后确定提升系统的整体控制方案为:基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统。
3 提升机调速控制系统硬件实现
3.1引言
经过分析比较，权衡各种控制方案的优劣，结合提升机调速系统属于恒转矩负载特性，最终选择PLC与变频器相结合的变频调速方案，其变频控制方式为：矢量变频调速控制。此方案能够很好解决传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，变频调速是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的，无论转速高低，其机械特性基本上与自然机械特性平行，能够满足提升机特殊工作环境的要求且有着明显的节电效果；采用PLC对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。变频调速系统将是提升机电控系统的发展方向。
3.2矿井提升机电控系统总体结构
3.2.1矿井提升机控制系统组成
基于 PLC 的矿井提升机变频调速控制系统由动力系统、液压系统、监控系统、安全回路、控制核心和检测系统组成，系统框图如图3-1所示。
1、动力系统
动力系统由机械和电气两部分组成。机械部分包括减速器、滚筒、制动器和底座；电气部分包括断路器、进线电抗器、变频器、滤波器出线电抗器和拖动电机。动力系统完成人、物、料的运输任务。变频器是拖动电机能量供给单元，主电机通过减速器向滚筒提供
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牵引所需的动力。
2、液压部分
液压部分包括液压站和润滑站。液压站为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给滚筒施加机械制动力；提升机起动时，待变频器对电机施加一定力矩后松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。
3、控制核心
控制核心是整个提升系统的核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。
图3-1 矿井提升机控制系统框图
4、监控系统
监控系统是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁，包括工控机、触摸屏和接入矿调度系统的工业以太网。触摸屏上显示提升容器在井筒中的位置。工控机通过与PLC的通信，将电动机的所有运行参数和故障参数都显示出来，并对矿车的位置及速度进行时时监控，为操作人员分析故障、判断故障和处理提供依据。
5、安全回路
安全回路是保证整个系统正常运行的关键，包括硬件和软件两条安全回路，安全电路相互冗余与闭锁，一条断开时，另外一条也同时断开。硬件安全回路通过硬件回路实现，无论PLC单元是否正常工作，一旦出现重度故障信号，硬件安全回路马上断开；软件安全回路在PLC软件中搭建，与硬件安全回路同时动作。安全电路断开后，系统会立即解除运
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行控制指令，封锁变频器，制动油泵，断开安全阀和 KT 线圈，进行紧急制动。 6、检测系统
检测系统主要由电流、电压检测单元和旋转编码器构成，主要检测主电动机的电压、电流及转速，并将此信号传送给控制器。PLC通过采集这些反馈信号，实现对提升机的控制及保护。
3.2.2 变频调速控制系统工作原理
变频调速控制系统内部采用矢量控制思想，AC380V三相动力电源由隔爆接线腔R,S,T 3个接线柱接入隔爆主腔内，大功率变频可以将工频三相交流电经过交—直变换之后经过逆变器，利用设定的参数进行逆变，使得输出为某一相应设定频率的交流电，经变频后输出U,V,W来驱动电机的运行。变频器输出频率的变化，将导致电动机的输出转速变化，二者之间的关系近似线性。这样，就起到了调速的作用。
在提升过程中，控制提升机运行的主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生，经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱动变频器工作；对变频器输出频率的调整控制，也可根据现场的工况需要，由操作台速度控制手柄以辅助给定的方式进行控制。
旋转编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程控制器，PLC通过该信号可以累计计算提升机的行走距离。操作人员通过操作台向PLC发送控制提升机运行的控制命令。控制监视系统通过与PLC的通信，将电动机的所有运行参数和故障参数都显示出来，并对矿车的位置及速度进行时时监控。为操作人员分析故障、判断故障和处理提供依据。
3.3 提升机电控系统变频器硬件实现
3.3.1 变频调速主系统设计
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