采煤机滚筒调高记忆程控采样周期.pdf

3 8 煤矿机电 2 0 0 6 年第4 期 采煤机滚筒调高记忆程控采样周期木 刘春生，杨秋，荆凯 黑龙江科技学院机械工程学院，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 2 7 摘 要 针对采煤机滚筒记忆程控调高的特征，分析了影响采样周期大小的诸多因素，以采煤机 牵引行走位移作为采样间隔的标尺，给出了等位移间隔作为采样周期的理论值。 关键词 采煤机；滚筒调高；记忆程控；采样周期 中图分类号T I M 2 1 ．6 文献标识码B文章编号1 0 0 1 - 0 8 7 4 2 0 0 6 0 4 0 0 3 8 0 2 T h eS a m p l eP e r i o do fM e m o r yP r o g r a mC o n t r o l l i n gf o r S h e a r e rD r u mL i f t i n g L I UC h u n s h e n g ，Y A N GQ i u 。】l N GK a i M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n gI n s t i t u t e ，H e i l o n g j i a n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，H a r b i n1 5 0 0 2 7 ，C h i n a A b s t r a c t I nv i e wo ft h ec h a r a c t e ro fs h e a r e r sd r u ml i f t i n gb ym e m o r yp r o g r a mc o n t r o l l i n g ，t h i sp a p e ra n a l y z e s v a r i o u sf a c t o r si n f l u e n c i n gs a m p l ep e r i o d ．I tt a k e st h es h e a r e rt r a c t i o nd i s p l a c e m e n ta st h es c a l eo fs a m p l ei n t e r v a l a n dg i v e st h et h e o r e t i c a lv a l u eo fe q u a ld i s p l a c e m e n ti n t e r v a la ss a m p l ep e r i o d ． K e y w o r d s s h e a r e r ；d r u ml i f t i n g ；m e m o r yp r o g r a mc o n t r o l ；s a m p l ep e r i o d 采煤机滚筒调高记忆程控是由司机操纵采煤机 先割一刀，将行程位置等信息存人计算机，以后由计 算机根据存储的信息数据自动控制滚筒调高、2 J 。 由于采煤机的牵引速度是变化的，若采用常规的等 周期采样，采样数据不均匀，上一刀的采样数据不能 对应作为下一刀的控制依据。本文采用采煤机等位 移作为采样尺度来解决这个问题。 1 记忆程控采样 记忆程控的特征是预知控制结果的再现控制， 控制的精度和可靠性取决于采样记忆信息的准确程 度和指令控制方法。滚筒截割高度位置信息参数主 要有采煤机在工作面的位置、采煤机牵引方向倾角 和工作面推进方向倾角、滚筒截割高度等旧j 。为了 准确获取采样数据，确定采样周期应综合考虑顶板 的曲率变化、工作面设备的工作特点 如液压支架 和刮板输送机的推移要求 和采煤机滚筒调高的调 控性能。本文着重探讨这些因素对采样周期的影 响。 教育部科学技术研究重点项目 项目编号2 0 6 0 4 5 2 采样周期的确定 1 顶底板的曲率变化 假如在工作面长度￡范围内，顶板起伏变化区 段最短的长度为Z 。∽则顶板曲率等效变化次数n 了生，变化最小周期和最大变化频率分别为 ／ m i “ ，1 r 警，∞ 产[1min I I r l B x] o一 ， w T LJ u q Jm i n 采样周期、采样频率分别为 r 等，∞ 了1 瓦U q [ 2 ] 移。 』 △戈 式中缸一采样的位移间隔； 口。一采煤机的牵引速度。 采煤机的牵引速度％是变化的，即使采样位移 间隔血固定不变，r 也是变化的，而计算机的采样 周期时间很短并且是恒定的。本文采用等周期密集 采样和稀疏存储采样信息的方法。在采样位移间隔 缸内，计算机可能采样很多次，但只要存储缸端点 的采样信息，供记忆程控使用，关键是确定合理的 A x 。 万方数据 2 0 0 6 年第4 期煤矿机电 3 9 由采样定理知，应使 ∞ 2 w 。。 [ 3 ] 由此得采样位移间隔 ， A x 半[ 4 ] 若Z 。i 。 1 0 m ，则应 A x 5 m 2 支架推移要求 目前液压支架的支撑中心距和刮板输送机每节 溜槽长度均为z 1 ．5 m 。A x 为z 的整数倍为宜，推 荐A x 2 1 或3 f ，即3 m 或4 ．5 m 。 3 煤层厚度变化 若工作面煤层厚度变化范围H 。i 。～H 。。，则煤 层厚度平均变化率 △曰毕_ m a x - H m i n 在采样区间内煤层厚度的变化模型 咧牡挚巾 [ 5 ] 式中△日一在一个采样间隔内煤层厚度差。 4 调高的调控性能 在一个采样区间内滚筒的调控模型 A H ’ t k A x ￡[ 6 ] 式中I j } 一滚筒调高位移斜率，由调高机构结构参数、 截割速度、牵引速度和摇臂升降速度等因素决定，这 里是取它的等效值。 为了得到好的调控效果，在理想情况下| | } ≥ 石A H ，可采用分段控制。如图1 所示， ，。为在一个采 样区间内滚筒的调控模型，斜率为k ； ，为在采样区 间内煤层厚度的变化模型。为了使控制规律简单， 令A x A x A x 。。应使折线A B C 逼近直线 ，2 ，A 点的截割调控误差控制为1 0 2 0 r a m 。采样间隔应 综合考虑上述各因素确定。 3 结论 彳乏k 孑C ．夕 气 0 A x lA x 2 △工 图1 分段控制模型 在采煤机滚筒记忆程控调高的计算机控制系统 中，采样周期是一个很重要的参数，它直接影响系统 的控制效果。采样位移间隔缸选得过小，将增加 不必要的计算量，增加控制的困难。另外，在采煤机 双向采煤时，要考虑采煤过程 如两个滚筒分别要 抬升和降落，要向煤壁进刀等 的影响，并把前一个 采煤行程中采样数据进行倒序排列，以保证前后两 个采煤行程中对应取样点可以准确比较和对后一个 采煤行程进行控制，因此也不宜过小。反之，又会给 控制系统带来较大误差，降低系统的动态性能，甚至 有可能导致整个系统失稳。综合考虑采煤机牵引速 度和滚筒截割速度、顶板曲率变化、液压支架和刮板 输送机推移要求和煤层厚度变化等因素的影响，给 出采煤机滚筒调高记忆程控的采样间隔 采煤机的 行走位移 的理论采样间隔范围在1 ．5 4 ．5 m 为 宜。本文设想的合理性和可行性，有待实验的验证。 参考文献 [ 1 ]张俊梅，李文彬，范迅．基于单片机的采煤机自动调高控制系 统[ J ] ．工矿自动化．2 0 0 4 1 [ 2 ] 李春华，刘春生．采煤机滚筒自动调高技术的分析[ J ] ．工矿自 动化，2 0 0 5 4 [ 3 ] 刘春生．采煤机滚筒自动调高记忆程控再现模式[ J ] ．煤矿机 电，2 0 0 4 5 作者简介刘春生 1 9 6 1 一 ，男，教授。1 9 8 2 年毕业于黑龙江矿业 学院机械设计专业，现从事机械设计和液压传动与控制教学、科研工 作，发表“论文8 0 余篇，出版专著、合著4 部。 收稿日期2 0 0 6 0 3 0 7 责任编辑陶驰东 ；编辑部特别提醒i ； X2 0 0 6 年起，煤矿机电杂志将由邮局发行，邮发代号4 7 8 3 ， i ；广大读者可到当地邮局订阅，也可随时直接到编辑部订阅。 i i订阅热线 0 2 1 6 4 3 8 2 3 4 4 2 8 0 7 ，2 8 0 4 i V ～‘t t ‘l t I t l ‘t I ‘‘l t I l ‘l l ‘l t t I t I l t t ‘I l l t ‘t l I t ‘‘l l t l t l l t t ‘√y 万方数据 采煤机滚筒调高记忆程控采样周期采煤机滚筒调高记忆程控采样周期 作者刘春生， 杨秋， 荆凯， LIU Chun-sheng， YANG Qiu， JING Kai 作者单位黑龙江科技学院,机械工程学院,黑龙江,哈尔滨,150027 刊名 煤矿机电 英文刊名COLLIERY MECHANICAL ELECTRICAL TECHNOLOGY 年，卷期2006，4 引用次数0次 参考文献3条参考文献3条 1.张俊梅.李文彬.范迅.康风义 基于单片机的采煤机自动调高控制系统[期刊论文]-工矿自动化 20041 2.李春华.刘春生 采煤机滚筒自动调高技术的分析[期刊论文]-工矿自动化 20054 3.刘春生.侯清泉 采煤机滚筒自动调高记忆程控再现模式[期刊论文]-煤矿机电 20045 相似文献9条相似文献9条 1.学位论文 杨秋 基于模糊控制采煤机滚筒调高记忆程控的研究 2007 实现采煤机滚筒的自动调高，即滚筒能够按照煤岩分界曲线割煤，是缩小国内外采煤机自动操纵差距的关键技术之一，是实现采煤工作面自动化的 重要环节，并且对提高煤炭生产质量、提高生产效率、延长机械装备寿命、提高设备可靠性、保障工人安全具有重要意义，对采煤机械的智能化控制以 及煤炭工业的发展有较大的促进作用。 本论文研究的是基于模糊控制的采煤机滚筒调高记忆程控的模式及其应用系统，是一个基于嵌入式平台的 智能化控制系统。本文概述了采煤机滚筒自动调高煤岩分界技术发展的历史、研究现状、国内外的差距和趋势；介绍了记忆程控的原理，确定了位移采 样周期，并以正切进刀法为例，对采样数据的采集、存储进行了说明；根据调高控制系统的特点和设计要求，探讨了适应于采煤机滚筒调高控制系统的 控制算法。在对采煤机滚筒调高系统分析的基础上，通过建立采煤机滚筒调高系统的数学模型，结合模糊控制理论和MATLAB软件，制定了采煤机滚筒调 高控制系统的模糊控制规则。利用MA-TLAB仿真软件对设计的模糊控制系统进行了仿真，结果表明性能良好。对不同调控条件下的控制系统进行了仿真 ，仿真结果说明设计的控制器能够满足不同条件的要求，具有良好的动态特性和稳态特性；最后对控制系统的软硬件系统进行了设计，给出了系统存储 器、通讯、人机交互和驱动电路的接线图，模糊控制规则查询表流程图和主程序流程图，并对操作系统进行了简略介绍。 2.期刊论文 李永俊.王广春.LI Yong-jun.WANG Guang-chun 采煤机滚筒调高的基本受力分析 -煤炭技术 2005,246 滚筒是采煤机的主要部件,通过对采煤机滚筒截煤时的受力情况分析,指出了影响滚筒调高的主要是采煤机牵引方向的推进阻力和垂直于牵引方向的 纵向截割阻力,并详细进行了分析计算. 3.期刊论文 李军利.廉自生.李元宗.LI Jun-li.LIAN Zi-sheng.LI Yuan-zong 采煤机滚筒调高控制算法研究 -煤 矿机电20074 基于空间坐标变换原理,分析采煤机的运动姿态对滚筒高度控制的影响,推导滚筒自动调高控制中摇臂角度及摇臂油缸行程的控制公式. 4.学位论文 梁义维 采煤机智能调高控制理论与技术 2005 煤炭是我国的主要能源，煤炭开采综合机械化及其工作过程自动控制成为煤炭工业增加产量，提高劳动效率，减少重大恶性事故和改善劳动条件的 重要手段。采煤机及其控制系统是煤炭开采过程的主要设备，采煤机的工作过程包括滚筒调高和牵引控制。在采煤机的工作过程中，根据采煤工艺、煤 层与煤岩界面状态以及支护要求调整采煤机滚筒高度，通过牵引运动后，旋转的滚筒即可切割出一定位置和形状的顶、底面，即得到特定的截割路径。 截割路径直接决定产品质量含矸量与资源回收率，因此，采煤机合理的调高策略与先进的控制技术研究是一个受到广泛关注的重要问题。 目前 ，采煤机的滚筒调高多采用人工观测为依据的手动调整或人工调整试切割基础上的几何轨迹记忆切割。人们也尝试过在采煤机上安装传感器进行煤岩界 面识别，然后根据此信息直接进行滚筒高度的反馈控制，试图实现采煤机滚筒自动调高。但是，由于煤层地质结构的复杂性和煤岩界面识别的技术问题 ，加之还要考虑综合采煤机械化对顶、底板的要求，这种基于简单反馈控制的滚筒自动调高技术没有得到成功的应用和推广。 为了在综合考虑各 种因素的基础上，实现以提高产品质量与资源回收率为目标的采煤机滚筒高度自动控制，作者提出以切割状态切割煤或岩辨识为基础，并与采空区及 巷道顶板信息相融合，进而预测煤岩界面，最终实现滚筒路径优化与自动调高的控制策略。为此，进行了一系列理论与实验研究，得到较好的控制效果 ，为采煤机滚筒智能调高控制系统设计提供了理论依据。 本项目研究的基本思路是在采煤机上配置相应传感器采集信号后进行煤岩界面识别 ，将该信息与巷道顶板信息、采空区顶板信息进行融合。然后，把融合后的信息追加到“历史顶板”数据库，利用该数据库的内容预测工作面前方煤层 的顶板状态，根据预测的顶板信息、煤质要求和支护要求优化截割路径，以获取最大资源回收率和最好的产品质量。最后，利用设计的控制器实现滚筒 对优化路径的跟踪。随着工作面的推进，已知信息不断增加，预测信息越来越可靠，因此降低了对煤岩界面识别的依赖性，增加了系统的鲁棒性；而且 ，考虑煤层赋存条件和采煤工艺等约束条件，增加了系统的实用性。 为实现上述方案，在现有的基于多传感器信息融合的煤岩界面识别技术的基 础上，本文重点开展了以下理论和技术的研究 1采煤机智能调高系统体系结构的研究 在详细分析采煤机智能调高系统功能及其复杂性的 基础上，提出系统的结构体系采用适于复杂问题求解的黑板结构。该体系由黑板和煤岩界面识别、煤岩界面预测、滚筒截割路径规划和截割轨迹跟踪等 四个工作模块组成，黑板中记录各工作模块所需的各层次的信息及其结果，各工作模块采用异步并发工作方式工作； 2煤岩界面信息融合和预测 方法研究 在煤岩界面信息融合和预测工作模块中，首先，将巷道煤岩界面信息和采空区的“历史顶板”数据库信息利用神经网络进行融合，然后 ，利用D-S证据理论对上述融合后的信息和煤岩界面的识别结果进行再融合，融合后的信息追加到“历史顶板”信息库中，利用追加后的“历史顶板”信 息库信息借助神经网络对工作面前方煤层进行煤岩界面预测。通过对复杂地质构造煤层的煤岩界面仿真研究表明1神经网络信息融合方法可以以较高 的精度描述煤岩界面，但对原始信息的误差比较敏感。2通过D-S证据理论信息再融合可减小误差，精度满足工程需要。3随着工作面的推进，预测误差 减小。 3滚筒截割路径规划理论与方法研究 在滚筒路径的规划工作模块中，通过浮点编码的遗传算法对具有褶皱、断层和陷落柱等地质构 造的工作面的滚筒的路径优化。结果表明该方法可以实现复杂地质构造下的滚筒的截割路径的优化。 4采煤机调高液压伺服系统研究 在 路径跟踪工作模块中，通过对液压伺服的滚筒调高系统的运动学和动力学分析，设计了基于反馈误差学习算法的神经网络自适应控制策略，计算机仿真 和实验室试验表明控制结果优于传统的PID控制器，系统具有良好的动态特性。使用直线插补方法，采煤机试验机跟踪了设定的目标曲线，结果表明跟 踪精度满足工程需要。 在目前研究的基础上进行进一步的工业试验，开发适应井下环境的采煤机调高控制系统是作者研究的下一个目标。 5.期刊论文 周新建 电牵引采煤机滚筒调高液压系统的改进 -液压与气动2001,15 根据采煤机工作面能提供乳化液的条件，将电牵引采煤机的液压调高系统进行改进，改进后可使采煤机的体积减小12，制造成本降低6，并使采煤 机实现无油化。 6.学位论文 荆凯 采煤机记忆程控模型分析及控制策略的研究 2007 实现采煤机滚筒截割记忆程控调高不仅是实现采煤工作面生产过程自动化的重要环节，而且对延长机器寿命、提高设备可靠性、保障工人安全、降 低事故率、提高煤炭生产质量都具有重要意义，对采煤机械的智能化控制及煤炭工业的发展也有较大的促进作用。 本文首先阐述了采煤机滚筒调 高技术的研究现状及发展趋势。通过查阅相关国内外资料，了解滚筒的直接调高技术和间接调高技术，为采煤机建模仿真和控制策略的研究奠定基础。 接着对记忆程控调高系统模型进行了分析。通过对截割记忆程控的基本原理进行总结研究，决定使用电磁式换向阀组成的液压控制系统，针对不等 作用面积的液压缸，提出了一种新的模型处理方法，进而建立了采煤机滚筒调高过程的数学模型。应用MATLAB软件，仿真讨论截割记忆程控应用于采煤 机上的可行性。 滚筒调高系统模型采用密集采样稀疏存储的方法，分析了影响采样周期大小的诸多因素，以采煤机牵引行走位移作为采样间隔的 标尺，给出了等位移间隔作为采样周期的理论值。采煤机滚筒截割记忆程控调高策略的研究是另一个需要解决的重要问题。通过控制电磁换向阀的开断 时间和开断次数，使滚筒记忆跟踪再现首次截割曲线。视相邻采样区间高度差的不同，应用不同的调控策略，使采煤机最优化地自动割煤。 单片 机存储的是不连续有限点的数据信息，因此采煤机在工作截割时，记忆程控和跟踪修正下次或下几次截割曲线的轨迹，预测判断顶底板的变化情况。文 中介绍了几种灰色关联度的计算方法，以预测各截割循环滚筒位置调控变化趋势和相近程度。并提出了一种新的比较适合截割记忆程控的灰关联度的计 算新方法。 最后，对全文做出总结，归纳了研究和分析的内容以及结果。并结合存在的问题，作出进一步的展望，指出采煤机滚筒截割记忆程控 调高在今后值得进一步深入研究。 7.期刊论文 刘春生.荆凯.杨秋.LIU Chunsheng.JING Kai.YANG Qiu 采煤机滚筒截割记忆程控误差的灰预测 -黑龙 江科技学院学报2006,162 根据采煤工作面设备配套条件和采煤机工作循环特点,分析了记忆程控滚筒调高的采样、控制环节误差产生的原因,论述了可靠预测采样控制的精度 及误差的修正,以再现上一截割循环顶底板的变化序列曲线.通过对正弦函数型的参考序列曲线和比较序列曲线关联度计算分析,研究了灰预测关联度的几 种方法特征,给出了适合采煤机滚筒记忆程控特点的关联度预测方法,满足记忆程控的指令宏观再现控制要求. 8.期刊论文 刘春生.荆凯.杨秋.LIU Chun-sheng.JING Kai.YANG Qiu 采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略 - 辽宁工程技术大学学报2007,265 针对采煤机滚筒调高机构的特点,即定量、开关式控制液压系统,分析了记忆程控--预知控制结果的再现控制的特征.给出了滚筒调控静态数学模型 ,并根据调高机构的调控特征方程与采样点间顶底板变化特征方程的差异,给出了在其采样区间内的指令式控制策略,其方法的规则条目少、简单易运算、 符合实际控制要求. 9.期刊论文 向虎.廉自生 虚拟样机技术在采煤机滚筒调高系统中的应用 -煤矿机械20045 虚拟样机技术是数字化时代在工业设计领域中最重要的新技术之一,在利用ADAMS、Pro/e以及ADAMS/Mechpro、ADAMS/Hydraulics等软件的基础上,建 立了采煤机滚筒调高系统的虚拟样机,利用ADAMS对虚拟样机进行了动态仿真,为设计采煤机调高系统提供了依据. 本文链接 下载时间2009年10月23日