矿用刮板输送机作为综采工作面“三机配套”设备之一,承担着运、装、卸煤的任务,其高效稳定运转是实现采煤生产正常运行的关键。驱动系统是刮板输送机的核心部件,传统的刮板输送机驱动系统主要采用“异步电机+(软起动装置)+减速器”的传动方式,然而减速器的存在不仅增加了驱动系统的总体能耗,且容易产生故障和运行噪声,从而降低驱动系统的运行平稳性和可靠性。采用低速大扭矩永磁电机直接驱动刮板输送机的传动方式,可直接省去减速器这一传动环节,具有运行效率高、控制性能好、动态响应快、可靠性高等优点,符合矿用刮板输送机大功率、高效率、少故障等性能要求,也是节能减排的重要举措。然而,由于取消了中间的传动机构,永磁直驱系统负载侧产生的振动冲击将直接传递到电机轴上,同时矿用刮板输送机机械结构与永磁直驱系统之间存在着复杂的机电耦合关系,刮板输送机间歇运行、启动力矩大、启停频繁、冲击载荷大等复杂多变的运行工况导致永磁直驱系统存在参数摄动、负载和惯量变化大等问题,严重影响着永磁直驱系统的动态特性和速度控制稳态精度。因此,深入研究矿用刮板输送机永磁直驱系统的速度稳定控制问题,是实现永磁直驱系统成功应用于刮板输送机的关键课题。本文在国家自然科学基金联合基金项目的资助下,结合永磁直驱系统在实际工况中的负载特性,采用理论建模、数值仿真分析、实验等方式,深入开展了矿用刮板输送机永磁直驱系统速度控制策略的研究。研究工作主要包括:(1)研究了刮板输送机的动力学模型和永磁直驱系统的数学模型,探讨了刮板输送机负载特性下永磁直驱系统矢量控制模型。采用刮板输送机链传动系统有限元模型,结合时变载荷分布规律和链轮的多边形效应,建立了刮板输送机的动力学模型;建立永磁直驱系统的数学模型,对其矢量控制理论进行了分析,并确定了i_d=0的矢量控制方式;在此基础上,根据永磁直驱系统与刮板输送机机械系统之间的耦合关系,构建刮板输送机负载特性下永磁直驱系统的矢量控制模型,利用MATLAB/Simulink进行数值仿真分析,揭示了负载特性对永磁直驱系统速度控制的影响规律。(2)基于等效参数缩放原则和逆模型负载模拟策略,提出了永磁直驱系统动态负载模拟的跟踪方法。通过对永磁直驱系统动态工况模拟原理的分析,依据相似性原理和量纲分析方法,提出了实际系统和小比例模拟平台的参数等效缩放原则;基于逆模型原理设计了动态负载模拟跟踪方法,利用低通滤波器减小速度微分项带来的噪声干扰;基于磁粉式测功机搭建了永磁直驱系统小比例负载模拟平台,通过离线辨识的方法对永磁电机控制器设计所需的参数进行了辨识;在此基础上,结合刮板输送机负载特性下永磁直驱系统矢量控制模型,实现了永磁直驱系统负载特性的模拟,奠定了永磁直驱系统速度控制策略研究的基础。(3)基于非线性反馈控制技术和积分滑模控制,设计了永磁直驱系统鲁棒的无超调速度控制器。考虑系统模型参数的不确定性及输入饱和的影响,建立了永磁直驱系统带输入饱和的控制模型,基于非线性反馈控制设计其标称系统的CNF速度控制器,通过引入的非线性反馈参数ρ_v来实现动态的改变系统的阻尼比,满足了控制系统的快速性与后期低超调要求;考虑永磁直驱系统模型参数的不确定性,结合积分滑模控制(ISM)实现对模型不确定性部分的补偿控制,建立组合的ISM_CNF速度控制器,从而在减小速度控制超调的同时,提高系统的鲁棒性;针对滑模控制中易出现抖振的问题,运用软开关函数替代传统的开关函数,以减小滑模控制中抖振。最后,基于建立的小比例负载模拟平台和负载模拟方法,对永磁直驱系统PI控制器、CNF控制器、ISM_CNF控制器进行了仿真和实验对比研究,验证了所设计的ISM_CNF控制器具有无超调和鲁棒性好的特点。(4)结合滑模负载观测器和惯量在线辨识,建立了永磁直驱系统抗扰动复合速度控制器。分析负载扰动对永磁直驱系统速度控制的影响,在传统扩展滑模负载观测器的基础上,结合高阶滑模和非奇异终端滑模两者的优点,设计了收敛速度快、无抖振的二阶滑模负载观测器;针对惯量扰动变化对负载观测器的影响,提出了采用变增益系数模型参考自适应的方法,对转动惯量进行在线辨识;在此基础上,提出了基于非线性反馈积分滑模速度控制器、负载扰动观测器及惯量在线辨识的永磁直驱系统抗扰动复合速度控制方法,并分别对建立的滑模负载观测器、模型参考自适应惯量辨识算法和抗扰动复合控制的效果进行了仿真和实验研究,验证了永磁直驱系统复合速度控制技术具有较好的抗扰动性能。本文所取得的研究成果对于深入开展矿用刮板输送机永磁直驱系统的高性能控制具有重要的指导意义,为实现永磁直驱系统可靠、稳定运行奠定了基础,对实现综采工作面矿用刮板输送机永磁直驱系统的应用提供了技术支撑。