【摘要】基于传统的矿井仿真系统难以控制罐笼有效准确到达预定位置的难题，本文在分析传统继电器——接触器控制系统的弊端的基础上，运用滑模变结构控制理论与PLC相结合的思路提出了一种新的控制算法，通过约束条件，使控制轨迹在滑模面两侧穿越并收敛，并对算法进行了最优化模拟仿真，借助一个典型离散二阶系统进行仿真，结果验证了新算法在一定的约束条件下具有特定的实际意义，且新系统具有较好的鲁棒性和稳定性，为矿用提升系统的改进和升级提供了一个新方向。

【关键词】矿井提升仿真系统 滑模变结构 PLC 鲁棒性

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）19-0222-02

1.滑模变结构与PLC的结合

鉴于PLC控制技术的诸多局限性，本文引入一种先进的控制方法，即滑模变结构控制方法。这种方法的优点是针对离散系统，对控制输入和干扰不敏感，从而使控制系统不受任何干扰和扰动，表现出良好的动态品质和鲁棒性。PLC系统是离散系统，也是闭环系统，控制过程中干扰较多，影响到控制效果。滑模变结构与PLC的结合能有效的解决控制过程中的问题，针对具体的回路实现区域性的智能控制，进一步提高PLC的使用效率，提高我国煤企提升系统的自动化水平。

由于矿用提升系统比较复杂，所以建立精确的数学模型难度较大，所以变结构应用于矿用提升仿真系统，只能局限于具体的回路中，即以PLC的输入作为建模的条件，通过对输入进行控制，从而达到对输出的控制，经变频器输出后，到达交流电动机端实现对钢丝绳的控制，实现罐笼上升下降的精确性和稳定性。近几年来，罐笼的安全出现了很多问题，具体体现罐笼脱轨伤人、钢丝绳断裂导致的坠落事故等，变结构和PLC的结合，从根本上解决了PLC对罐笼的精确控制，避免了安全事故的发生。

即在传统的PLC+变频器控制的基础上，引入变结构控制器，形成PLC控制系统+变结构控制器+变频器模式，实现了PLC系统的输出必须经过设定的变结构控制器，通过控制器实现对变频器过滤式的控制。具体体现在当罐笼在上升或下降的过程中出现罐笼脱轨或罐笼卡滞等问题，对于钢丝绳的拉力增加，反馈给变频器的信号增强，流过变结构控制器的电流就会增大，滑模面就会发生变化，从而自动切断电流，对罐笼中的人或物实现有效的保护。

2.滑模轨迹插值法分析

插值法是工业控制中常见的控制算法，主要针对于离散系统。滑模变结构控制就是典型的离散系统，且系统的模型不确定，随着时间的变化而发生全局或部分变化，所以利用插值法既能描述系统的特征，又能利用数学的方法去近似描述系统。

插值法描述如下：函数f（x）在某一特定的区间内取若干个值，利用这些值设定出具体的函数，利用这个函数把未知区间的值近似表示出来。利用插值法的思路：在滑模轨迹的某一段上取几个特定的易取的值模拟出具体函数，利用函数取近似值，逼近实际轨迹，减小误差，最终达到系统的稳定状态。

插值后的控制律为：

控制律是结合了输入和趋近律的基础上推导而来，其中除输入外参数都为常数，选择的参数参考矿用提升仿真系统的实际和趋近律的范围，通过反复的代入仿真后，得出了图像，也许图像还不是最优的，但是符合实际。

仿真图像可以看出PLC+变频器的控制曲线和PLC+变结构控制器+变频器的控制曲线有比较明显的区别，可以看出后者的控制曲线和原控制曲线匹配效果较好，所以变结构与PLC控制技术的结合是比较成功的，至少在理论上是成立的。变频器的控制曲线也是按周期性进行变化的，且控制曲线光滑，抖振较小。

3.结束语

面向矿用提升仿真教学系统的安全问题属于煤矿安全生产的重中之重，对其的分析和研究具有广泛的理论价值和实际意义。本文针对取代传统继电器——交流接触器控制的PLC控制技术展开，预测出矿用提升系统的发展趋势，即PLC参与整个控制过程或参与其中的部分控制，对于精度要求较高或复杂的提升系统，PLC有其局限性，针对以上问题，提出了滑模变结构与PLC相结合来实现罐笼终端的预防和控制，根据理论推导和图像仿真，基本符合理论要求，通过仿真系统的实际数据进行了验证，仿真结果表明，控制曲线光滑，跟踪曲线在中后段完全和原控制系统的曲线吻合，表现出较好的动态品质和鲁棒性。滑模变结构和PLC的结合比较适合预防和弥补矿用提升系统的相关电气问题，上述理论推導和验证是基于我校自主研发的矿用提升仿真系统基础上完成，在实际应用中具有实际意义。

参考文献：

[1]刘金琨.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].北京：清华大学出版社，2005，3：67-68，101.

[2]周军小，李奇安，李悦.一种新的离散系统变结构控制方法[J].化工学报，2010，8：2127-2128.

[3]周军小.一种电气自动化控制系统.专利号：201720052044.8，2017，7，5.