综掘成套装备协同控制研究.pdf

全日制全日制硕士学位论文硕士学位论文 综掘成套装备协同控制研究 Research on Cooperative Control of Comprehensive Digging Equipment 作者姓名 石鹏 导师姓名 毛君教授 学科专业 机械工程 研究方向 机械电子工程 完成日期 2020 年 8 月 11 日 辽宁工程技术大学 Liaoning Technical University 万方数据 综 掘 成 套 装 备 协 同 控 制 研 究 石 鹏 辽 宁 工 程 技 术 大 学 万方数据 关于学位论文使用授权的说明关于学位论文使用授权的说明 本学位论文作者及指导教师完全了解 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 有关保 留、使用学位论文的规定，同意 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学 校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。 保密的学位论文在解密后应遵守此协议。 学位论文作者签名____________ 导师签名_____________ 年 月 日 年 月 日 万方数据 中图分类号 TP271 学校代码 10147 UDC 621 密 级 公 开 辽宁工程技术大学 全日制全日制硕士学位论文硕士学位论文 综掘成套装备协同控制研究 Research on Cooperative Control of Comprehensive Digging Equipment 作者姓名 石 鹏 学 号 471720046 导师姓名 毛 君（教授） 副导师姓名 卢进南 （副教授） 申请学位 工学硕士 培养单位 机械工程学院 学科专业 机械工程 研究方向 机械电子工程 二○二○年八月 万方数据 致致 谢谢 时光飞逝，在机械学院历时近三年的学习已经接近尾声，回想这段边工作边学习的 经历，太多的感慨难以言表，虽然付出了很多的艰辛的努力，但深深的感受到所有的付 出是值得的。经过这段时间的学习，自我无论是做人还是做事都学到了很多，也从周围 的教师和同学身上学到了很多宝贵的知识和经验，内心充满了无限的激动与感激之情， 在此，我谨向所有给予过支持和帮助的师长、同学和师兄弟们致以十二分诚挚的谢意。 首先，向我的导师毛君教授致以最诚挚的谢意，在校期间老师为我创造了良好 的学习环境和浓厚的学习氛围，毛君老师的学识渊博、平易近人、严谨的治学态度和踏 实的工作作风都给我留下了深刻的印象，对学生的学习和生活都无比关怀，是我今后在 事业和生活中的楷模。导师的教诲将不断激励我在以后的工作学习中不断努力，做一个 对社会和国家有用的人。 其次，特别感谢工作组的各位老师，谢苗老师、陈洪月老师、以及卢进南老师，感 谢老师们课堂上的活力洋溢，课堂下的谆谆教诲，不但在学术上面造诣颇深，而且品德 高尚，让我受益匪浅，使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明 白了许多待人接物与为人处事的道理。 最后感谢在实验室相处的各位师姐师兄、师妹师弟，在整个研究生阶段，我有幸得 到各同学以及师兄师姐、师弟师妹们的帮助，你们的帮助我将铭记在心 万方数据 I 摘摘要要 如今，煤炭工业和煤炭工业和能源作为信息时代我国的重要基础设施和能源行业, 它的高效、高产和快速发展对于我国的工业和经济社会的发展同样极为重要，所以必须 以走社会主义工业化道路， 以科学发展观为指导理论， 推动我国的煤炭企业可持续发展， 趋于安全、高效、科学、环保方向，使煤炭企业完成工业化升级转型，顺应时代新发展。 煤炭综掘工作面自动化的程度越来越高，对单一综掘设备的控制已然不能够适应快速掘 进的需求，而且多设备同时工作时需要协同配合，根据掘进装置的动作与位置改变后配 套设备的工作状态，配合掘进机共同完成掘进工作，避免由于锚固装置与运输装置位置 不匹配导致的堆煤事故和煤料的散落，因此对于综掘设备的控制需要从开始的单一设备 开关控制到现在的综掘装备协同控制。 本文在综述综掘工作面自动化控制的国内外研究现状的基础上，讨论了综掘工作面 多机协同控制的问题，首先分析了综掘工作面装备功能及特性，并根据工作要求协调任 务分配，制定综掘工作面的控制方法，确定掘锚机、锚运破一体机和转载皮带机之间的 协同关系及其逻辑关系，三者互为闭锁关系协同工作，有序地完成综掘工作面的掘进、 锚固、运输工作。 分析综掘工作面的协调工作，选出合适的测量参数，描述其具体布置情况及选型， 详细叙述掘锚机与锚运破一体机之间的运动控制， 建立模型， 深入了解其相对位置控制。 建立控制系统总体结构，根据需求选择硬件设备，完成对综掘工作面的协同控制，通过 人机交互画面，能够更加直观的了解综掘工作面的各项参数及运行状态，具体阐述在综 掘工作面成套装备协同控制过程中设备与控制系统的配合，解析具体的操作步骤，包括 启停、跟机、停机等重要步骤，有序地呈现综掘工作面控制方法。对综掘工作面的成套 装备进行工作协调规划，确保工作面综掘工作的高效运行。 该论文有图 39 幅，表 6 个，参考文献 103 篇。 关键词关键词综掘工作面、掘锚机、锚运破一体机、协同控制 万方数据 II Abstract Today, the coal industry and coal industry and energy are important infrastructure and energy industries in China in the ination age. Its high efficiency, high yield and rapid development are also extremely important for Chinas industrial and economic and social development, so we must take the path of socialist industrialization With the scientific development concept as the guiding theory, promote the sustainable development of Chinas coal enterprises, and tend to be safe, efficient, scientific, environmentally friendly, and intelligent, so that coal enterprises can complete the industrialization upgrade and transation, and adapt to the new development of the times. The degree of automation of the coal comprehensive excavation face is becoming higher and higher. The control of a single comprehensive excavation equipment is no longer able to meet the needs of rapid excavation, and multiple devices need to work together when working at the same time, and the supporting equipment is changed according to the movement and position of the excavation device Working state, cooperate with the roadheader to complete the roadheading work together, to avoid coal stacking accidents and coal scattering caused by the mismatch of the anchoring device and the transportation device, so the control of the comprehensive tunneling equipment needs to be controlled from the beginning of the single equipment switch to the present Coordinated control of comprehensive digging equipment. On the basis of reviewing the current status of intelligent control of comprehensive excavation face at home and abroad, this paper discusses the problem of multi-machine cooperative control of comprehensive excavation face. First, it analyzes the equipment functions and characteristics of comprehensive excavation face, and coordinates task allocation according to work requirements. The control strategy of the comprehensive excavation working face determines the synergistic relationship and logical relationship between the anchoring machine, the anchor transporting and breaking machine and the transfer belt conveyor. The three are interlocked and work together to complete the comprehensive excavation work orderly. Tunneling, anchoring, and transportation. Analyze the coordination work of the comprehensive excavation working face, select the appropriate measurement parameters, describe their specific layout and selection, describe in detail the motion control between the anchoring machine and the anchor transporting and breaking machine, establish a model, and understand its relative position in depth control. Establish the overall structure of the control system, select the hardware equipment according to the needs, and complete the collaborative control of the comprehensive mining face. 万方数据 III Through the human-computer interactive screen, you can more intuitively understand the various parameters and operating status of the comprehensive mining face. The cooperation of equipment and control system in the process of remote collaborative control of the complete equipment of the working face, analyze the specific operation steps, including the important steps of starting and stopping, following the machine, and stopping, and present the control strategy of the comprehensive mining working face in an orderly manner. The remote work coordination planning of the complete equipment of the fully mechanized face is ensured to ensure the efficient operation of the fully mechanized face work. The paper has 39 pictures, 6 tables, and 103 references. Keywords fully digging face, anchor digging machine, anchor transportation and breaking machine, cooperative control 万方数据 IV 目录目录 摘要摘要 I 目录目录 IV 图清单图清单 VIII 表清单表清单 XI 变量注释表变量注释表 XII 1 绪论绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 4 1.3 本文主要研究内容及技术路线 14 2 综掘工作面配套设备与掘进工艺分析综掘工作面配套设备与掘进工艺分析 16 2.1 综掘工作面配套设备结构与性能分析 16 2.2 综掘面掘进工艺分析及控制 19 2.3 本章小结 21 3 综掘工作面多机协同控制系统定位方案分析综掘工作面多机协同控制系统定位方案分析 22 3.1 掘锚机位姿模型构建 22 3.2 传感器选型方案及干扰分析 29 3.3 传感器工作参数型号选择 30 3.4 传感器布置位置分析 30 3.5 本章小结 31 4 综掘工作面多机系统控制方法研究综掘工作面多机系统控制方法研究 33 4.1 多机协同控制系统结构 33 4.2 协同任务控制模型 39 4.3 综掘工作面作业控制步骤 41 4.4 面向工作面设备任务协作的全局规划协调 43 4.5 本章小结 47 5 综掘工作面多机系统运动学模型及协同特性分析综掘工作面多机系统运动学模型及协同特性分析 48 5.1 掘锚机---锚运破一体机间关联运动学模型建立 48 5.2 多机间协同工作运动学模型建立 49 万方数据 V 5.3 基于 Lagrange 方程的系统协同控制器 51 5.4 本章小结 61 6 总结与展望总结与展望 62 参考文献参考文献 64 作者简历作者简历 69 学位学位论文数据集论文数据集 71 万方数据 VI Contents Abstart I Contents IV List of FiguresList of Figures VIII List of TablesList of Tables XI List of VariablesList of Variables XII 1 Introduction 1 1.1 Research background and significance 1 1.2 Development status at home and abroad 4 1.3 The main research content and technical route of this article 14 2 Analysis of supporting equipment and driving technology in fully mechanized mining face 16 2.1 Structure and perance analysis of supporting equipment in fully mechanized mining face 16 2.2 Analysis of heading technology in fully mechanized face