采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略.pdf

第2 6 卷第5 期 辽宁工程技术走学学报2 0 0 7 年l o 月 塑 ； 垒 塑型 篓 g 里 坚堡 垒堡垒 文章编号1 0 0 8 ．0 5 6 2 2 0 J 7 0 5 ．0 7 5 1 ． 3 采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略 刘春生1 ，荆凯2 ，杨秋1 1 黑龙{ T 科技学院机搬工程学院，黑龙江哈尔滨1 5 】0 2 72U 叫I 建筑卧I k 技术学院机电l 理系，四川德阳6 I8 0 0 0 摘 要引对采煤机滚筒涸离机构的特点，叩定量、什关式控制液压系统．分析九- 忆群挖预知柠制结果的阿现挖制的特扰。 给出，滚筒调挖静态数学模型，埘根抓渊商机构的调控特祉方} 与采样点削顶底板蹙化特征方程的芹异．蛤Ⅲr 存“束样区间山的捕 令式控制策略，其方法的规则条日少、简单岛运算、符台实际控制耍求。 关键词采煤机；自动州高记忆{ 拄；牝制策略 中图分类号T D4 2 1 ．6 文献标识码 A C o n t r 0 1s t r a t e g yo fs a n l p l ei 1 1 t e r v a ls o fc u t t i n gm e m o r y p r o g r a mc o m r 0 1 l i n gf o rs h e a r e rd m m L I UC h u n - s h e n 9 1 ，J l N GK a i ‘，Y A N ；Q i u l 1 ．C 0 u e g e0 f M e c l l a n i c a 】E n g i n e e r i n g ，H e i I 仰g j i a n g I n s 6 ￡u t e0 f s d e n c e a n d l b c h 肿l o 斟，砌r b i n l 5 0 0 2 7 ，C h j n a ； 2 ．D 印a r h n ∞t0 f M e c h a m c a IE 肿g i I l 鲫{ n g ，s i c h u a nC o e g eo f A 砌啦t e 咖r a lT e c l l I l o l o 鳜D e y a n g6 1 8 0 0 0 ，C I l 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 fd m ml i 士t i n gf r a m e ，i n v a r i a b 】ev a l u ea n ds w i t c hc o n t m lh v d r a u l i c t f a n s I I l i s s i o n s y s t e m ， 也i s p 印e ra n a l y z e sr e a p p e a r i n g c o n t r 0 1 l i “g c h a r a c t c ro f m e m o ‘yp m g m m c o n ⅡD l l i n g _ 一p r e d i c t e dc o n t m lr e s u l t sS t a t i cm a 椭e m a “cm o d e lo fd 1 1 l ma c c o m m o d a t i o na n dc o n t m li s p r e s e n t e d ，a n di n s t r u c t i o nm o d e lc o n 仰1s t r a t e g yo fs a m p l ci n t c r v a l si sp r e s e n t e db a s e do nd i f t b r e n c e sb e t w e e n c h a r a c t e 矗s t i ce q u a t i o n so fl i m n gf r a I n ea n dc h a r a c t e r i 州ce q u a t i o n so ft 叩a n db o t t o mb o n r dc h a n g ea m o n gt h e s a m p l i n gs p o b ，廿l en l l e so f t h i sm e t h o da r ef e w ，s i m p l e ，e a s yt 0o p e r a t ea n dm c e tc o n t r 0 1 1 i n gd e m a n d s ． K e y w o r d s s h e a r e r ； d n l ma u t o m a Ⅱcl i f t i n g ；m e m o r yp m g r a mc o n 协州； c o n t m ls t m t e g y 引言 滚筒自动凋高技术是实现采煤机自动化的关 键技术之‘。研制出T 作可靠，有一定分辨率的煤 岩分界传感器”。j ，址实现采煤机真止意义上的滚筒 自动调高的关键。但因煤岩的特殊性及其井下的恶 劣条件，爿前，还没有一种煤岩分界识别传感器存 分辨率、检测精度、稳定性剩可靠性方面达到工业 化要求。因此，近年来滚筒调高的间接方法研究得 到了币视和发展，如截割记忆程控方法国外已达到 工业化应用，我闻还处在理论研究和试验阶段”j 。 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的信息量准确程 度和指令式控制方法【4 。J 。指令式控制主要考虑以下 四个方向两个采样点问的控制策略方法；两个以 上的采样点间的控制策略方法；采煤机运行到T 作 面两个端头换I 甸时的调控方法；采煤机在斜∽进刀 过程厂r 『的调控方法。本文着重探讨前两方丽。 1 滚筒静态调控模型 图1 为采煤机滚筒调高系统简图。滚筒调控时， 滚筒摆动速度 矿渤旦上或旦．上 A l R c o s 目 A 2 R c o s 臼 式中矿f 国卫．上， 』4 I A2 JR c o s 口 口 9 0 一 ∥一d ，d 口n 础 将滚筒调整量分解成水平秆I 垂直两个方向位移，即 s 水 ％，千K f ‘s i n 口 s 鹰 K c 。s d ’} 其滚筒调整的合成位移量 s 2 ％f 干一f s i n 口 2 Vc o s 甜f 2 收稿日期2 0 0 6 ．0 7 ．2 I 基金项目教育部科学姓术研究重点基金资助坝日 2 0 6 H 5 黑龙汀省研究生刨新科研资金资助项口 Ⅵs c oI ∞H u 作者简介刘春生 1 9 6 1 ． ，男，山东牟t 人．教授．丰蜓从_ { 扛机械设和液』_ l 王转动与挖制教学、剥研【．作，E _ m a I l L j uc h u n s h c n ￡ l ∞删n 。 本文编校焦丽 万方数据 7 5 2 辽宁工程技术大学学报第2 6 卷 K f 2 V f 2 千2 匕K s i n 口f 2 一个采样间隔内采煤机的牵引速度恒定，则有 当采煤机行走了‘个采样间隔△X f 时，令在 图l 滚筒调高机构 F i g ．1 d m m l i 竹i “gf r a I I l e ．一△X f K 由此得滚筒调整的位移量 驴 K 干删㈣学 s 垂叱学伽s 口 假设滚筒调整位移为直线调整，令其斜率为常 值，置 C w P d S 垂E c o s 口 又由K 二兰 l _ _ 二 d s 水K 千Vs i n 口 个采样区间内的调整静态模型 可得滚筒在两 A H j K △X f 1 式中△日．滚筒调高机构调控的位置直线方 程，由调高机构参数决定的；△X 采样间隔； △日采样问隔的两端点滚筒实际位置高度差。 当缸 f O 时，△日， O ，当似 f △x 时， 希望在理想情况下△H ． A 日，若实际煤层项板在 两采样点间的滚筒位置直线变化规律，即 衄，- 坐．鲋 ≠ 2 ‘△X 式中△日 滚筒高度位置采样直线方程，山采 样间隔顶板变化差决定的。 2 式为上一截割循环的采样规律，并作为 下一截割循环的控制参照规律， 1 和 2 式的 关系决定控制策略1 6 】。 2 滚筒调高采样控制条件 记忆程控是根据上一截割循环在各采样点的变 5 “ V 、S 化规律作为下一截割循环调控的依据。在不同的截 割循环下，工作条件是不一样的。程控条件发生改 变会导致调控参数发生变化，调控条件 1 在相邻的截割循环相同的采样区间内采 煤机的牵引速度是不同的，这会使在一个采样区间 内运行时间不同，必会影响再现规律。 2 在采样区间的两个采样点的差值大小是 不同的，因此，小能用同一滚筒速率K 来调整。 3 采煤机的滚筒调高通常采用手动、液动 或电磁换向阀的定量、开关控制的液压系统，闵此 滚筒的调高速度基本是恒定的，调高的位移量起决 于控制通断时问长短来进行调控。 3 采样区间的控制策略 由 1 和 2 可以看出 2 式为上一截割 循环的采样规律，其作为下一截割循环的控制规 律。因此，当然希望 1 和 2 式相同 理想状 态 ，即堡 竺 垒竺 K 干Ks i n 口△x 山于牵引速度K 的不确定性，即y ．在两个截割循环的同一对应的采 样区间内是不同的，所以在一个采样区间采用分段 调控，如图2 ，为了使控制规律简单，令 △x ， △X 一△X ，，曲线y ．为采煤机在本次截割循 环中实际的截割曲线斜率是K ，v ，为1 次记忆的 煤层厚度曲线。 采用最小二乘法进行曲线拟合 如图2 ，使折 线A B c 逼近曲线y 2 ，为了使调控滚筒跟随顶板的 折曲线和实际采样的折曲线误差最小，则有 万方数据 第5 期刘春生，等采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略 7 5 3 ．毖 ≯ 茸。 A X ．A 蜘 “ 图2 分段撺制原理 H g ．2s u b s e c t i o nc o n ∞lp 血c i p l e F 脚，一訾㈣2 【脚，一告 缸一剐1 2 1 1 1 i n 令 旦4 硝． Ⅳ2 氅 一2 △日 芷 塑 o 3 d 舣．娃z 。猷 则可得到下式 ．。衄c K 拳 峨2 菇2 K2 二_ 4 如图3 。 ，当K 堡． 竺 垒生时。 K Vs m 甜△x 则采用分段控制 根据△X 大小而定的 ，△X 取液 乐支架中心距的蔡数倍，即舣 1 ．5 n ， n L 2 ，⋯。令Ⅳ2 垒竺时，由 4 式得 △X 气1 △x ， 二丛，△x ， 二蚪 a 如图3 b ，当K 堡 竺 蛳等 K 等黼 并令△H 2 O ．5 △日1 ，则有 舣t K 娴L 七龃2 △X 。竺 些 △x 1 ．8 7 △x O ．8 △日l 如图3 c ，当K 』 坠≈垒竺时 匕一Vs i n 贷赵 则表示调控折曲线与实际折曲线基本吻合。 4 结论 记忆程控的静态控制模型，简化为线性直线方 程，不仅使运算简单，而且完全可反映在采样区间 内的宏观的调控变化规律，有良好的实用性。根据 调高机构并的调控特征方程与采样点问顶底板变 化特征方程的差异，提出的控制策略规则少、简单、 易实现控制。 五眠 臻∥诵 f b 图3 控制策略 F i g ，3 c o n I r o ls Ⅱm e g y 参考史献 【4 ] 刘誊生．采燥机滚筒自动调高记忆程控再现模式uJ ，攥矿机 电2 0 【H 5 12 2 ．2 4 ⋯土增才富强自然y 射线穿遮煤层艟芷架顶粱衰减规律【J J 一辽宁l [ 5 】部立焕，龚相超阀控液爪缸开关系统的模糊控制及s i m u l i n k 仿真UJ 程技术大学学报，2 0 0 6 ，2 5 4 8 0 4 - 8 0 7 甘肃工业大学学搬，2 0 0 3 ，2 9 3 6 5 _ 6 7 1 2 J 刘眷生滚筒_ 【{ I 采煤机理论设计幕础【M 】徐州中国矿业大学出版 【6 1 荆凯采煤机记忆稗控模型分析及控制策略的研究【D 】哈尔滨舞 科‘2 0 ∞ 龙扛科技学院，2 0 0 7 闭_ 牛；眷毕．刘春牛．聚煤机滚筒自动调商技术的分析} J 1 1 ‘矿闩动 錾 万方数据 采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略采煤机滚筒调高截割记忆程控的控制策略 作者刘春生， 荆凯， 杨秋， LIU Chun-sheng， JING Kai， YANG Qiu 作者单位刘春生,杨秋,LIU Chun-sheng,YANG Qiu黑龙江科技学院,机械工程学院,黑龙江,哈尔滨 ,150027， 荆凯,JING Kai四川建筑职业技术学院,机电工程系,四川,德阳,618000 刊名 辽宁工程技术大学学报 英文刊名JOURNAL OF LIAONING TECHNICAL UNIVERSITY 年，卷期2007，265 引用次数0次 参考文献6条参考文献6条 1.王增才.富强 自然γ射线穿透煤层及支架顶梁衰减规律[期刊论文]-辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 20066 2.刘春生 滚筒式采煤机理论设计基础 2003 3.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 4.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 5.郜立焕.龚相超.卢堃 阀控液压缸开关系统的模糊控制及SIMULINK仿真[期刊论文]-甘肃工业大学学报 20033 6.荆凯 采煤机记忆程控模型分析及控制策略的研究 2007 相似文献10条相似文献10条 1.期刊论文 雷俭.田慕琴.LEI Jian.TIAN Mu-qin 遗传算法在采煤机自动调高预见控制系统中的应用 -科技情报开 发与经济2006,1623 在采煤机滚筒的自动调高预见控制系统中,引入遗传算法辨识对象的模型,并根据采煤机各种传感器信息融合结果不断修正煤岩分界的曲线即记忆轨 迹,使预见控制在采煤机这个具有时变性和非线性的系统中得到很好应用. 2.期刊论文 刘春生.侯清泉 采煤机滚筒自动调高记忆程控再现模式 -煤矿机电20045 论述了记忆程控再现滚筒调高的一种控制模式,提出依据多样检测的信息综合给出自动修正调节控制量的思想方法,具有实用性、控制灵活和实现智 能化,是目前较理想的采煤机滚筒自动调高技术方法. 3.学位论文 张俊梅 基于NGR CIS采煤机自动调高控制系统的研究 1999 该文旨在推进采煤机系统智能化的研究,从经济、安全、高效的角度分析了采煤机自动调高技术在中国的可行性.在分析比较国内外多种煤岩界面识 别传感器的优缺点及适用条件的基础上,该文主要研究了以自然γ射线煤岩界面识别传感器为煤岩界面识别元件的采煤机自动调高控制系统.确定了调高 方案和控制任务,完成了控制部分单片机系统的设计及调试工作,通过计算分析完成了液压组件的选型;确定了系统的传递函数,应用变放大系数法设计了 系统调节器,并编制计算机仿真程序验证了调节器设计的合理性.结合整个系统的功能,编制了控制系统的部分程序,并利用此实验系统对煤矿井下测定实 例进行煤厚测报,结果表明此系统可靠、实用. 4.会议论文 刘春生.侯清泉 采煤机滚筒自动调高记忆程控再现模式 2004 论述了记忆程控再现滚筒调高的一种控制模式,提出依据多样检测的信息综合给出自动修正调节控制量的思想方法,具有实用性、控制灵活和实现智 能化,是目前较理想的采煤机滚筒自动调高技术方法. 5.期刊论文 田慕琴.辛忠东 基于记忆切割的采煤机自动调高预见控制系统 -煤矿机电20026 将预见控制引入采煤机滚筒的自动调高过程,记忆轨迹作为预见信息得到充分利用,可从根本上解决采煤机大惯性滞后系统的控制问题,同时还使期望 的性能指标达到最优. 6.学位论文 张伟 基于采煤机DSP主控平台的自动调高预测控制 2007 煤炭井工开采中，最核心设备是工作面的支架、运输机和采煤机。采煤机是较复杂的、属于技术含量较高的核心机电设备。为了煤炭生产的安全、 高产和高效，目前已经实现了支架运输机的联动自动化，而采煤机还没有实现联动和自动驾驶。 采煤机自动驾驶中已实现了行走自动化，目前最需要解 决的是滚筒调高自动化。本文就该课题展开了研究。 关于采煤机自动调高的研究，国内外自上世纪七十年代就开始了，主要集中在煤岩分界方法和传 感器研发制造方面，而随着电子通信技术的发展，采煤机的主控系统平台也在升级换代，因此出现了在高性能微机控制平台上实现的记忆截割等技术 ，实际上类似于现代机器人原理。国内采煤机目前也实现了主控系统的升级换代，尤其以我公司的基于DSP技术的主控系统平台为典型。本课题围绕国外 记忆截割原理，加以消化改进，在该平台上以模块化的方式进行实现的。 本文在模型建立和系统实现中也引入了一些新方法，具体研究如以下几方面 所述 首先整理综述了采煤机滚筒自动调高的历史研究状况，分别介绍了各类方法的优缺点，针对技术的发展，提出了新的解题思路。 其次选择现 代通用总体布置的采煤机，对其滚筒调高方式进行数学建模。然后针对实际工况的各种干扰情况进行改进，确定了较符合实际的调高数学模型，同时为 各类研究方法提供了一个理论依据。 第三，根据采煤机姿态控制的需要，梳理了矿用传感器的选择原则。通过方案对比，选择采用了倾角和位置等传 感器，通过样机试用取得良好效果。此外针对部分传感器还进行了零点修正和温度补偿，从而建立了采煤机的姿态检测系统。 第四，提出按照预测控 制MAC模型进行调高控制，详细阐述了控制策略设计要点，并引入了灰色预测模型对预测反馈通道进行建模。根据需要，采用改进的灰色预测模型进行采 高预测。该模型除了引入工作面采高信息，还特别引入了已成巷道的煤层高度信息进行运算，通过对比运算，以调整次数较少而优于国外的记忆切割法 。 最后结合采煤机DSP主控系统的开发，引入同类型DSP芯片进行调高模块功能实现设计。文中详细分析了DSP芯片的功能特点、各类接口、设计及 PCB制作要点。此外对系统方面、预测模型算法等进行软件设计并单机调试。通过硬件设计和软件调试，完成了主控系统中调高模块的设计、制作和实验 室验证。 本课题研究表明，结合现代DSP开发技术和预测控制理论的应用，采煤机滚筒自动调高技术可望取得跨越式进步，能够在复杂的采煤工作面得 以实现。 7.期刊论文 张伟.张福建.ZHANG Wei.ZHANG Fu-jian 采煤机自动调高数学模型分析 -煤矿机电20075 阐述自动调高技术应用背景,推导自动调高数学模型,具有一定的应用价值. 8.期刊论文 张俊梅.范迅.赵雪松 采煤机自动调高控制系统研究 -中国矿业大学学报2002,314 在分析比较国内外多种煤岩界面识别传感器的基础上,研究了以自然γ射线煤岩界面识别传感器为煤岩界面识别元件的采煤机自动调高控制系统.确 定了整个系统的调高方案、控制任务,完成了控制系统软硬件的设计、调试工作,并采用计算机作为辅助手段对所设计的控制系统的数字控制器进行仿真 分析,数据表明经过三个采样周期后系统趋于稳定,验证了整个控制系统的合理性.对煤矿井下测报实例进行煤厚测报的结果是,最大煤厚误差为43 mm,表 明此系统可靠、实用. 9.期刊论文 梁义维.熊诗波.任芳.李文英 基于网络的采煤机智能调高系统的黑板体系结构 -煤矿机械20027 分析了目前滚筒自动调高系统存在的问题,提出基于分布式黑板体系结构的自动调高系统,构建了系统的框架,提出各个部件的功能、结构和自动调高 系统的实现. 10.学位论文 雷玉勇 采煤机液压自动调高系统的研究 1992 本文链接 下载时间2010年3月5日