悬臂式掘进机智能控制系统研究

发布时间：2020-09-01 09:43

　　 悬臂式掘进机作为综掘工作面的核心设备,其自动化、智能化水平是提高掘进质量和效率的关键。悬臂式掘进机的行走控制、断面自动成形截割控制、煤岩动态感知、工作状态实时监测和远程监控智能化是国内外研究的热点。目前掘进机控制系统缺少针对高效掘进的特殊设计,难以满足截割自适应控制、掘进机机身自主定位、断面自动成形、复杂算法的移植以及远程监控等方面的需求。因此,本文针对悬臂式掘进机控制问题,研究煤矿井下巷道掘进中的定位、定向及定形截割控制技术,有效提升悬臂式掘进机的智能化水平,对保证掘进效率和巷道成形质量具有重要的研究意义。针对掘进机控制系统存在数据处理能力较差、复杂算法集成实现较为困难、完成控制需要较多的模块的问题,研发一种适应悬臂式掘进机自动化、智能化、远程监控等要求的新型控制系统。论文提出了 DSP+CPLD为核心的悬臂式掘进机智能控制系统解决方案,下位机采用DSP+CPLD为核心的控制器完成工况数据采集、控制量输出、智能截割算法移植以及控制决策等功能,上位机采用机载计算机借助VS(Microsoft Visual Studio)和QT等软件实现人机交互和工况数据的存储与显示等功能,上下位机采用CAN总线实现通信。针对掘进机在截割过程中受地质构造影响,煤岩或夹矸导致掘进机负载随机变化。为了达到最佳的破岩效果,以截割电机的电流、升降油缸的压力、回转油缸的压力、截割头运动速度和转速等参数为依据,利用多传感器融合技术对煤岩状态进行动态感知,提出了一种自适应截割控制方案,实现掘进机截割头转速、截割臂摆动速度自动与工作载荷相适应,实现悬臂式掘进机高效、平稳截割。针对断面自动成形控制精度低、易出现超挖欠挖的问题,提出一种基于PID神经网络的截割控制算法,论文建立悬臂式掘进机运动学和动力学模型,设计掘进机截割断面自动成形控制策略,实现断面成形自适应截割并通过MATLAB仿真和实验测试验证。最后,以实验室的悬臂式掘进机模型为实验对象,分别对控制系统各个功能模块进行了实验验证。实验结果表明所研制的智能控制系统达到了初步设计要求,能初步满足巷道掘进中的远程控制、自适应截割、断面成形等功能的实现。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD631;TP273.5
【部分图文】：

图 2.5 掘进机垂直升降运动分析示意图 为升降液压缸两个活塞腔推力或拉力的总和（分别用 1、的力且两者大小相等），用 b 表示升降液压缸工作距，用 G臂重心到垂直摆动中心点 O2的距离。由公式可知 b 随1 的变情况下，做工不同，当截割臂垂直上摆时，取负号，当截割上所述，因为 b 和 均为变值，所以 也是变量。因此悬臂构和有关参数确定后，y 和 随 b 和 的变化而变化。水平回转机构数学关系分析回转工作时，一个油缸伸长，另一个缩短。工作装置水平摆Y1(X1，Y1)O7'截割头煤壁截割臂液压缸

图 2.7 掘进机水平回转运动分析示意图位置与截割机构摆角的关系 x1y1z1坐标系为标准，可得截割头空间位置与截割 11 211 211e + cos cosxy e + cos sinz + sinlllLLL （（（））） 出截割臂垂直摆角 和水平回转摆角2 ，为实现掘达到更精确的控制要求，割臂垂直摆角 减去机身对机身的垂直摆角。件方案选择分析所需控制器必须拥有丰富的 IO 接口、优越的

图 3.7 CAN 总线接口电路块设计主要实现将掘进机工作过程中的工况数据进行存储，方便对掘进过程中的重要参数的存储，使得掘进机在自动控制时候到智能化截割的目的。有大容量、高性能、安全等多种优点且 DSP 芯片中自带 SPI 模式来实现 SD 卡数据的读写。在 SPI 模式下，控制器令的读写，SD 卡的命令如下表 3.2 所示：共有 48 个字节，二位传输位为 1，命令代码位从 45 到 40 位，命令参数位 1 位，最后一位为停止位。如图 3.8 表示 SD 卡接口电路。

【参考文献】

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本文编号：2809577