基于卡尔曼滤波算法的采煤机惯导定位方法

针对现有采煤机定位方法存在误差较大、精确性不高等问题,提出了基于卡尔曼滤波算法的采煤机惯导定位方法。该方法将采煤机的惯导定位结果与综采工作面控制系统中心计算机设定的采煤机理想轨迹相结合,经过卡尔曼滤波获取采煤机位置的最优估计,得到最终的定位结果。仿真结果表明,该方法可克服惯导定位误差随时间累积的缺点,具有较高的定位精度。     

采煤机健康状态智能评估方法研究

针对现有采煤机健康状态评估方法存在评估指标权重确定受人为因素影响较大导致评估准确率不高、采用单一评估算法存在局部搜索能力弱和抗干扰能力差、寻找全局最优值能力不足等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)与遗传算法(GA)优化BP神经网络算法(PCA-GA-BP算法)的采煤机健康状态智能评估方法。根据采煤机结构和工作原理选择采煤机状态监测点位,获取采煤机健康状态相关的各项状态参数,采用PCA对采煤机状态参数进行数据降维和特征提取,避免BP神经网络输入的复杂化;引入GA对传统BP神经网络寻找全局最优权值;通过训练参数建立基于GA-BP的采煤机健康状态智能评估模型,将降维后的采煤机状态参数自动输入评估模型,通过智能评估算法输出测试结果,实现自学习、自寻优和自主判断采煤机的健康状态。实验结果表明,基于PCA-GA-BP算法的采煤机健康状态智能评估方法可准确、快速和智能评估采煤机健康状态,相比于基于单一BP神经网络的评估方法,训练时间短、评估流程简单且评估准确率高,准确率达97.08%。     

基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整

针对现有采煤机定位与姿态调整方法准确性较差的问题,在地面有缓慢坡度变化的情况下,对基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法进行了研究。首先介绍了采煤机定位技术,即由捷联惯导系统获取采煤机运动参数信息,采用欧拉角法对数据进行处理,进而完成采煤机位姿解算及实时定位;然后以采煤机截割高度调整为例,介绍了基于捷联惯导系统的采煤机姿态调整方法,重点推导了采煤机在不同截割工况下,采煤机截割高度与机身倾角之间的关系式;最后采用采煤机模型进行采煤机定位与截割高度调整实验,结果表明基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法可有效提高采煤机的定位与姿态调整精度。     

采煤机现状与发展

针对薄煤层采煤机和厚煤层采煤机发展现状存在的问题,结合采煤机的发展趋势,指出了采煤机研究方向:提高采煤机行走系统和摇臂行星机构等关键部件可靠性;加强前沿技术和基础理论研究;预研新型结构采煤机。     

基于模糊AKF地磁辅助导航的采煤机定位方法

针对惯导在采煤机定位时产生累积误差以及实时定位精度低等问题,提出了基于模糊自适应卡尔曼滤波(AKF)惯性地磁辅助惯性导航的采煤机动态定位方法.通过迭代最近等值点(ICCP)算法将惯导与地磁辅助技术组合,并引入模糊自适应的卡尔曼滤波方法,实现了在线自适应调整测量噪声方差阵.通过对采煤机进行定位仿真分析,结果表明:可克服惯导定位误差随时间累积的缺点,实现了采煤机实时高精度定位.     

MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机截割轴的改进与应用

针对MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机在采煤过程中时常因割到较硬物体而损坏摇臂的问题,对采煤机进行了改进分析,指出最合适的方法是改进截割轴;提出一种截割轴的改进方案,即人为在截割轴上制造一处薄弱点,使滚筒割到硬物时损坏截割轴,以切断动力传递,并在轴心车一个螺孔,以便将断轴从电动机中取出。改进后的MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机已在东滩煤矿某综采工作面得到应用,结果表明,该方案大大缩短了截割轴的更换时间,降低了摇臂损坏事故的发生率,提高了采煤机采煤的安全性。     

边缘计算在采煤机控制系统中的应用

基于远端云计算的采煤机控制系统中大多数采煤机原始数据计算都是放在远端云平台中执行,存在数据传输可靠性低及延时长等问题,无法满足采煤机无人化控制中对实时计算的要求。针对上述问题,提出了一种基于KubeEdge边缘计算的采煤机控制系统。以采煤机高精度定位和机器视觉检测应用为例,介绍了基于KubeEdge的边缘计算架构在采煤机控制系统中的实现方法并进行了测试。测试结果表明,边缘计算在采煤机控制系统中的应用实现了采煤机相关数据在边缘侧的计算及计算结果在远端云平台的同步,实现了采煤机远端云平台的数据通信和同步,即边缘节点负责计算数据,远端云平台负责显示结果,解决了基于远端云计算的采煤机控制系统存在数据传输可靠性低、延时长的问题。边缘计算和远端云计算共同构建了新型采煤机控制系统网络应用平台,是采煤机控制系统无人化应用的研究方向。     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

采煤机运行状态数据分布式实时预测模型

针对采煤机大量运行状态数据不能得到及时处理的问题,研究了基于Storm的采煤机运行状态数据分布式实时预测模型。结合采煤机实际运行状态数据,通过Hadoop分布式存储数据库模拟采煤机运行状态实时数据流;通过Storm分布式实时大数据处理框架处理大量采煤机运行状态时间序列数据,采用门控循环单元(GRU)作为预测模型,实现对采煤机运行状态数据的实时预测;结合各类数据的阈值设定,实现故障预警。以某矿综采工作面MG400930-WD电牵引采煤机的数据为例,取截割部电动机电流、截割部电动机温度、牵引部电动机电流、牵引部电动机转速、调高泵工作压力、调高泵工作转速、冷却水压、变频器电流8种监测数据作为实验数据,对预测模型进行训练和测试,结果表明:预测模型收敛速度较快,且拟合优度达到0.9以上;除冷却水压外,其余数据的预警准确率均达到95%以上;处理速度快,整个预警过程共10s左右,可满足应用要求。     

采煤机大功率截割电动机短路保护

采煤机大功率截割电动机的短路保护采用软件方法实现,存在着测量电流值不稳定的问题,影响对电动机短路、过载、欠压等保护的准确性;而SL75采煤机截割电动机采用硬件方式实现短路保护功能,准确可靠,经济实惠。因而,建议现阶段采煤机大功率截割电动机的短路保护采用硬件保护方式。     

异步电动机故障保护在采煤机中的应用与研究

分析了异步电动机的常见故障特征和现有采煤机电动机保护方法;针对采煤机截割电动机恒功率保护及阶段式定时限保护未考虑电动机过载承受能力和电流动态性以及断相故障保护中故障判据不准确的问题,应用对称分量法理论,提出了连续型和离散型反时限过载保护方法及基于负序、零序电流检测的不对称故障保护方法,进一步提高了采煤机的运行可靠性。     

采煤机捷联惯导定位方法研究

针对综采工作面采煤机定位精度较低的问题,提出了一种基于Rodrigues参数法的采煤机捷联惯导定位方法。该方法运用捷联惯导的三轴加速度计和三轴陀螺仪输出采煤机的加速度和角速度信息,采用无冗余度的Rodrigues参数法对其进行位姿解算。仿真结果表明,在采煤机斜切进刀过程中,采煤机最大定位误差为0.291 4m,姿态误差最大值为0.602 2°,满足采煤机的定位精度要求。     

基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制

为了很好地适应煤岩特性的变化、有效发挥采煤机截割电动机的能力,解决采煤机截割电动机运行时功率波动较大的问题,利用专家系统的理论和方法,建立了基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制系统,该系统通过对牵引速度实时调节,使采煤机的截割电动机恒功率运行。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明,该系统对牵引速度具有超前预见性,比一般控制系统的调节时间缩短0.62s,截割电动机的功率超调减小3.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。     

基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测

采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络（GRU）的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络（CC-GRU）,对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差（MAE）为43.80 mm,平均绝对百分比误差（MAPE）为1.90%,均方根误差（RMSE）为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆（LSTM）神经网络、GRU、时域卷积网络（TCN）,CC-GRU模型的预测速度较快且预测精...     

一种电池供电的采煤机启动预警电路设计

介绍了一种电池供电的采煤机启动预警电路的软、硬件设计方案,电路调试方法,调试过程中出现的问题及优化方法。该电路采用12 V充电电池作为系统电源,由MSP430F149单片机控制采煤机机身上电的预警过程,并且实时监控电池电量;如果单片机检测到的电池电压低于程序预设的低电压阈值,则驱动LED发出闪烁提醒信号,提醒用户给系统电池充电;整个电路在不用时处于低功耗模式,以延长使用时间。经过调试及优化,该电路程序运行正确,静态功耗仅为0.2 mA,满足低功耗设计要求。     

模型预测控制模型在采煤机调高系统中的应用研究

针对目前采煤机调高系统中通常使用电磁开关阀调高,存在稳定性不高、精度欠佳等问题,以MG300/700-WD型交流电牵引采煤机为研究对象,通过在其调高系统常规模型中加入模型预测控制器,建立了该采煤机调高系统模型预测控制模型;对该模型预测控制器的采样时间和预测时域长度2个参数进行调整,可减少电磁开关阀的开关次数和工作时间,使滚筒根据目标高度进行准确实时调高。仿真结果表明,与常规模型相比,基于模型预测控制模型的采煤机调高系统在给定输入后6s左右达到稳定,减少了电磁开关阀开关次数,超调量降低了28.8%,提高了系统的稳定性与实时性。     

薄煤层综采工作面采煤机组合定位方法研究

为解决采煤机实时定位与自动导航问题,针对单独使用某一种定位技术难以满足采煤机快速、实时、精准定位要求,提出了一种薄煤层综采工作面采煤机组合定位方法。以加速度计和陀螺仪组成惯性导航参数解算系统,用于测量采煤机的三轴线加速度和三轴角速度数据,这些数据经传感器采集后,通过串口线路传输到设置在进风巷内的防爆计算机,经过数学求解运算解出姿态矩阵,通过姿态矩阵将采集的信息转换为坐标系中的角速度值和加速度值,由积分计算获得采煤机的位置、速度及姿态等导航信息;为了降低惯性导航产生的累积误差,建立了综采工作面精准地理模型,形成采煤机运行轨迹的参考数字地图,利用地图匹配技术进一步提高采煤机自主定位精度。仿真分析结果证明了该方法的可靠性。     

刚柔耦合系统建模与仿真关键技术研究

研究了基于虚拟样机技术的复杂刚柔耦合多体系统建模与仿真中的关键技术,提出了保证仿真精度、缩短仿真时间,提高仿真速度的具体措施,大大提高了基于Pro/E、ANSYS和ADAMS三款软件联合进行刚柔耦合多体系统可靠性研究的操作性;解决了含硫化铁矿结核体薄煤层采煤机截割部的输入实现、约束及边界条件等关键技术,为基于复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机截割部工作的可靠性研究提供了理论准备;找到了采煤机截割部关键零件设计上存在的问题,为采煤机截割部系统的优化提供了有力的量化依据;尤其是复杂刚-柔耦合多体系统建模与仿真中关键技术的解决对于研究多体系统工作的可靠性、降低研发成本、物理样机一次成功目标的实现具有重要的理论意义和较强的实用价值。     

采煤机捷联惯导系统杆臂效应误差补偿方法研究

针对杆臂效应误差力学补偿方法无法实时求出角加速度信息的问题,在分析采煤机捷联惯导定位系统杆臂效应产生原因的基础上,提出了一种改进的杆臂效应误差补偿方法。该方法利用导航坐标系下不同时刻重力加速度分量相同的原理求出杆臂长度;然后利用角速度求出载体坐标系相对于导航坐标系的角加速度;最后通过杆臂效应误差公式求出测量加速度的误差,从而对加速度输出进行补偿。仿真结果表明,该补偿方法能够有效提高采煤机捷联惯导定位系统的精度,能有效补偿采煤机的位置误差,消除累积误差的影响,相对于补偿前采煤机x方向和y方向的定位精度分别提高了5.1%和23.6%。