随着浅层矿产资源的开采殆尽,深井开采是未来的发展方向。双绳缠绕式提升机,作为深井提升的重要装备,其性能直接关系到我国能源战略的有效实施。双绳缠绕式提升机在运行过程中,由于绳槽偏差、卷绕误差及两侧钢丝绳性能的不一致,不可避免地会出现各绳张力不平衡现象,影响到运输设备及人员安全。同时,双绳缠绕式提升机在服役过程中,钢丝绳张力协调控制系统执行器子系统和传感器容易发生故障,存在潜在的安全隐患,闭环控制系统一旦出现失稳,极有可能造成机毁人亡的重大事故。因此,深入研究各种工况下双绳缠绕式提升机钢丝绳张力协调控制方法,是实现钢丝绳张力协调控制策略真正应用于生产实践的关键课题。本文在973计划课题“非定常工况下超深井提升系统危机预防及安全运行研究”的资助下,结合双绳缠绕式提升机的实际工况,综合运用非线性系统建模、自适应控制、迭代学习控制、容错控制等理论,开展了多种工况下双绳缠绕式提升机钢丝绳张力协调控制策略的理论与实验研究。研究工作主要包括:(1)建立了双绳缠绕式提升机提升子系统模型、提升容器子系统模型和浮动天轮驱动子系统模型,最终构建了双绳缠绕式提升机耦合模型;给出了卷绕误差激励和钢丝绳特性偏差的等效模型;在AMESim软件和Matlab/Simulink软件环境下分别搭建了双绳缠绕式提升机仿真模型并进行了数值仿真分析,研究了卷绕误差激励和两侧钢丝绳存在特性偏差工况下钢丝绳末端张力和张力差的响应规律。(2)基于双绳缠绕式提升机正常运行工况下误差激励和参数不确定性有界假设,利用动态面控制理论设计了双绳缠绕式提升机钢丝绳张力协调控制器;考虑提升子系统非线性特性及其所受扰动的时变特性,设计了迭代学习观测器,对未知动态特性和扰动进行综合观测;考虑控制器参数和实际物理参数的偏差,引入自适应理论,对参数偏差引起的控制器性能下降进行补偿;通过仿真分析验证了所提出控制策略的有效性和优越性。(3)针对双绳缠绕式提升机钢丝绳张力协调控制系统执行器子系统发生故障的工况,建立了执行器子系统故障树,给出了执行器子系统典型故障的等效模型;设计了可以对故障进行实时检测的自适应观测器,对故障观测器的稳定性和收敛性进行了证明;利用故障检测信息,基于浮动天轮冗余特性,同时为了保障故障工况下液压缸速度跟踪误差的有界,提出了一种执行器子系统故障工况下钢丝绳张力协调控制方法;通过仿真分析验证了执行器子系统故障工况下所提出控制策略的收敛性和有效性。(4)针对双绳缠绕式提升机运行过程中反馈传感器可能发生掉电、漂移等故障工况,建立了反馈传感器的等效故障模型;提出了一种基于信号融合的传感器故障检测方法,设计了有限时间观测器和参数估计器,实现了对传感器故障的实时检测;考虑传感器故障风险,基于系统物理特性分析和故障检测结果,提出了传感器故障工况下基于扩张状态逼近的钢丝绳张力协调控制方法,并证明了所提出方法的稳定性;仿真结果验证了传感器故障工况所提出混合控制策略的有效性。(5)基于xpc技术搭建了双绳缠绕式提升机模拟实验平台;分别开展了正常运行工况、执行器故障工况和传感器故障工况下钢丝绳张力协调控制策略的实验研究;实验结果验证了所提出控制策略的有效性。该论文有图74幅,表10个,参考文献153篇。