SINS/WSN组合定位下采煤机精确位姿感知理论及技术研究
发布时间：2020-12-13 07:07
随着近年来国家能源战略的发展实施,使得煤炭开采逐步从高产量向绿色开采、安全高效开采发展。煤矿井下综采工作面的自动化和智能化是实现矿井无人化、安全高效开采的关键步骤,也是发展“数字矿山”,提高矿井机电装备信息化和自动化水平的重要组成部分。本文在国家高技术研究发展计划项目的资助下,以综采工作面“三机”装备——采煤机、刮板输送机和液压支架为研究对象,以捷联惯性导航系统和无线传感器网络定位系统为基础,以实现井下综采“三机”自动化为目标,开展采煤机复杂环境下的精确位姿感知技术研究。通过建立采煤机动力学模型和“三机”运动学模型,在此基础上研究采煤机复杂振动环境下的捷联惯导误差补偿策略及多约束定位解算策略,构建采煤机SINS/WSN组合定位模型,在此基础上分析异类传感器数据传输特性以及井下工作面无线传感器网络定位影响因素,提出组合定位系统数据异步融合方法以及WSN不同失效情况下的紧耦合容错组合定位方法来实现采煤机复杂环境下的定位定姿。主要研究工作包括:1)采煤机动力学模型下捷联惯导解算误差补偿策略研究。建立了采煤机的多刚体动力学模型,并进行数值计算下的采煤机机身振动形式求解。分析了动力学模型下的采煤...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
综采工作面现场图
中难以取得理想的定位效果。在根据上文分析可知，采煤机在刮板输送机的约束下，沿着工作面循环，其运动速度具有约束特性。因此利用采煤机运动过程中的速度约束特SINS 零速校正算法进行辅助，实现速度约束辅助下的采煤机 SINS 零速。首先，定义采煤机的机体坐标系（m 系）为固定在采煤机机身的直角坐标个坐标轴分别指向采煤机的前向、横向和垂向。采煤机机体坐标系（mSINS 载体坐标系（b 系）、导航坐标系（n 系）的关系如图 3-6 所示。同时在采煤机机身上，由于 SINS 安装方式以及安装精度的问题，使得采煤坐标系（m 系）和 SINS 的载体坐标系（b 系）之间存在一个安装偏转角角度向量表示为 。因此，采煤机在 m 系下的速度示为， (， 为载体坐标系到机体坐标系的姿态转换矩阵。
图 3-8 SINS 定位系统现场实验布置图Figure 3-8 Experimental scene for SINS positioning system利用采煤机沿着预铺设好的轨道做类似于矩形运动，并且在运动期间随机进行停车操作。采煤机绕参考运动轨迹行驶两圈，实验持续时间为 120 s。3.5.2 实验结果 (Experimental Result)在实验过程中利用 SINS 测量得到采煤机的三轴加速度和三轴角速度，在经过初始值设定后，代入到基于运动学约束的 SINS 定位解算模型中，进而得到定位模型的计算结果。首先根据 3.2.1 节关于采煤机静止状态的判断模型，利用 SINS 的加速度和角速度信息，通过设定静止状态的阈值判断和利用中值滤波算法，计算出采煤机在运动过程中的静止状态时刻。SINS 静止状态判断结果如图 3-9 所示。由图中可以看出，第一和第二子图分别是由公式（3-2）和公式（3-3）对 SINS 的加速度和角速度计算得到的 C1和 C2。由于加速度和角速度测量结果受到量测噪声的影响，使得其在利用公式（3-4）计算加速度和角速度的联合判断结果时，会不可避
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机载捷联惯导计算导弹初始姿态的算法[J]. 陈宇,付书堂,刘建团. 航空兵器. 2016(02)
[2]旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用[J]. 王红辉,杨绍卿,吴成富,郝峰,车晓涛. 兵工学报. 2016(03)
[3]煤矿井下无线传感器网络三维定位算法研究[J]. 尚超,王峰,聂百胜,籍锦程. 煤田地质与勘探. 2016(01)
[4]基于CSS的井下精确定位服务系统设计[J]. 刘晓阳,何赟. 工矿自动化. 2015(12)
[5]一种MEMS陀螺仪的标定方法研究[J]. 吴雪娟,宋艳君,黄树峰,张国纲,卢刚. 传感器与微系统. 2015(11)
[6]基于惯导辅助地磁的手机室内定位系统设计[J]. 宋镖,程磊,周明达,吴怀宇,陈洋. 传感技术学报. 2015(08)
[7]移动装备捷联惯性导航系统误差补偿技术研究[J]. 杨海,李威,张金尧,司卓印,应葆华. 农业机械学报. 2015(08)
[8]基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究[J]. 杨海,李威,罗成名,范孟豹,应葆华. 煤炭学报. 2014(12)
[9]Optimal two-iteration sculling compensation mathematical framework for SINS velocity updating[J]. Tong Zhang,Kang Chen,Wenxing Fu,Yunfeng Yu,Jie Yan. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(06)
[10]基于单向示范刀的采煤机记忆截割模型构建及模拟分析[J]. 王焕文,陶福贵,康俊霞. 煤矿机械. 2014(10)
硕士论文
[1]滚筒采煤机机械系统可靠性工程方法研究[D]. 刘泽平.太原理工大学 2012
本文编号：2914140
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
综采工作面现场图
中难以取得理想的定位效果。在根据上文分析可知，采煤机在刮板输送机的约束下，沿着工作面循环，其运动速度具有约束特性。因此利用采煤机运动过程中的速度约束特SINS 零速校正算法进行辅助，实现速度约束辅助下的采煤机 SINS 零速。首先，定义采煤机的机体坐标系（m 系）为固定在采煤机机身的直角坐标个坐标轴分别指向采煤机的前向、横向和垂向。采煤机机体坐标系（mSINS 载体坐标系（b 系）、导航坐标系（n 系）的关系如图 3-6 所示。同时在采煤机机身上，由于 SINS 安装方式以及安装精度的问题，使得采煤坐标系（m 系）和 SINS 的载体坐标系（b 系）之间存在一个安装偏转角角度向量表示为 。因此，采煤机在 m 系下的速度示为， (， 为载体坐标系到机体坐标系的姿态转换矩阵。
图 3-8 SINS 定位系统现场实验布置图Figure 3-8 Experimental scene for SINS positioning system利用采煤机沿着预铺设好的轨道做类似于矩形运动，并且在运动期间随机进行停车操作。采煤机绕参考运动轨迹行驶两圈，实验持续时间为 120 s。3.5.2 实验结果 (Experimental Result)在实验过程中利用 SINS 测量得到采煤机的三轴加速度和三轴角速度，在经过初始值设定后，代入到基于运动学约束的 SINS 定位解算模型中，进而得到定位模型的计算结果。首先根据 3.2.1 节关于采煤机静止状态的判断模型，利用 SINS 的加速度和角速度信息，通过设定静止状态的阈值判断和利用中值滤波算法，计算出采煤机在运动过程中的静止状态时刻。SINS 静止状态判断结果如图 3-9 所示。由图中可以看出，第一和第二子图分别是由公式（3-2）和公式（3-3）对 SINS 的加速度和角速度计算得到的 C1和 C2。由于加速度和角速度测量结果受到量测噪声的影响，使得其在利用公式（3-4）计算加速度和角速度的联合判断结果时，会不可避
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机载捷联惯导计算导弹初始姿态的算法[J]. 陈宇,付书堂,刘建团. 航空兵器. 2016(02)
[2]旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用[J]. 王红辉,杨绍卿,吴成富,郝峰,车晓涛. 兵工学报. 2016(03)
[3]煤矿井下无线传感器网络三维定位算法研究[J]. 尚超,王峰,聂百胜,籍锦程. 煤田地质与勘探. 2016(01)
[4]基于CSS的井下精确定位服务系统设计[J]. 刘晓阳,何赟. 工矿自动化. 2015(12)
[5]一种MEMS陀螺仪的标定方法研究[J]. 吴雪娟,宋艳君,黄树峰,张国纲,卢刚. 传感器与微系统. 2015(11)
[6]基于惯导辅助地磁的手机室内定位系统设计[J]. 宋镖,程磊,周明达,吴怀宇,陈洋. 传感技术学报. 2015(08)
[7]移动装备捷联惯性导航系统误差补偿技术研究[J]. 杨海,李威,张金尧,司卓印,应葆华. 农业机械学报. 2015(08)
[8]基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究[J]. 杨海,李威,罗成名,范孟豹,应葆华. 煤炭学报. 2014(12)
[9]Optimal two-iteration sculling compensation mathematical framework for SINS velocity updating[J]. Tong Zhang,Kang Chen,Wenxing Fu,Yunfeng Yu,Jie Yan. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(06)
[10]基于单向示范刀的采煤机记忆截割模型构建及模拟分析[J]. 王焕文,陶福贵,康俊霞. 煤矿机械. 2014(10)
硕士论文
[1]滚筒采煤机机械系统可靠性工程方法研究[D]. 刘泽平.太原理工大学 2012
本文编号：2914140
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/2914140.html
