采煤机采区绝对定位定姿技术研究

发布时间：2018-02-27 07:40

本文关键词： 采煤机 SINS 定位定姿 SAPAS 位置矫正　出处：《中国矿业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着煤矿单产规模越来越大,开采效率需要迫切提高。随着煤矿的开采环境越来越恶劣,安全生产的压力也逐步增大。为解决目前存在的问题,煤层无人自动化采掘,尤其是深部煤层的无人自动化采掘将成为我国煤炭行业发展的必由之路。采煤机是工作面综采核心装备之一,承担着落煤、破煤和装煤的任务,液压支架与刮板运输机以采煤机为中心工作,并为其提供运行轨道及作业空间。对于实现“三机”之间的协同自动控制,以及采煤机滚筒的自动调高,工作面液压支架自动调直,采煤机采区绝对三维定位定姿技术至关重要。本文根据捷联惯性导航的基本理论,结合轴编码器与航位推算原理,提出了基于捷联惯导与轴编码器组合的采煤机采区绝对定位定姿技术方案,推导了用于惯性导航与轴编码器组合的采煤机定位定姿基本方程,研究了用于坐标系之间变换的方法,给出了捷联矩阵的修正解算和初始对准的方法。为使用捷联惯性导航进行采煤机采区绝对定位定姿提供了理论的基础。本文介绍了基于光纤惯导、ARM微处理器和轴编码器研发的采煤机绝对定位定姿装置(SAPAS:Shearer Absolute Positioning and Attitude System)。通过定姿试验、定位试验以及长距离定位试验检验了SAPAS的精度,试验结果表明,对于姿态监测,航向角存在漂移,误差随着时间不断增大,SAPAS运行25000s,最大误差为3.002°,每小时航向角漂移量为0.432°。俯仰角与横滚角的误差不随时间漂移,且精度较高,SAPAS运行25000s,俯仰角的最大误差为0.017°,横滚角最大误差为0.045°。该姿态精度可满足采煤机工作面工况要求。对于定位精度,利用采煤机定位试验平台,通过三维轨迹捕捉仪测得轨迹与SAPAS测得轨迹对比得到,东方向最大误差为0.15m,一般在0.05m以内,北方向的最大误差为0.02m,一般在0.01m以内,天方向的误差在0.01m以内。利用采煤机定位长距离定位试验平台,通过SAPAS测得轨迹与全站仪测得载体平台实际运动轨迹对比得到,载体平台东西向运行100m,SAPAS在北方向的最大误差为4.62m,相对误差呈稳定趋势,其值约为4.5cm/m。天方向的最大误差为0.75m,相对误差约为0.7cm/m。为了抑制惯性定位误差的漂移,推导了SAPAS的误差方程,得出了采煤机定位误差与SAPAS测量误差以及SAPAS安装偏差之间的关系。分析了SAPAS误差源,介绍了基于Allan Variance的惯性器件的随机误差建模技术,为惯性器件误差补偿提供理论依据。最后在分析采煤机定位试验结果,结合采煤机定位误差模型以及现有误差建模与补偿方法和采煤机运动特征的基础上,提出与以往“前验补偿”不同的“后验”的采煤机位置纠偏方法。并通过试验对该纠偏方法进行了验证,该方法位置纠偏效果较好,纠偏后单一方向位置误差最大在0.1m以内,最大平均误差约为0.056m。引入了对二维精度评价的圆概率误差概念,纠偏后轨迹的圆概率误差CEP最大为0.0477,即SAPAS测得的采煤机位置落在以采煤机真实位置为圆心,半径为0.0477m的圆里的概率为50%。
[Abstract]:In order to solve the existing problems , the coal mining machine is one of the core equipment of coal mining . The accuracy of SAPAS is verified by means of attitude determination , positioning test and long - distance positioning test . The results show that the maximum error of SAPAS is 0 . 02m , the maximum error is 0 . 05m , the maximum error is 0 . 02m , the maximum error is 0 . 056m .

【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD421.6

【参考文献】