基于模糊PID控制的掘进机恒功率控制系统的研究

针对悬臂式掘进机截割过程中负载变化剧烈、随机性大的问题,利用PLC和模糊PID控制实现对掘进机截割电机的恒功率控制,建立了仿真模型,并利用Simulink进行了仿真分析.结果表明:通过PLC和模糊PID控制的掘进机截割恒功率控制系统提高了系统的控制精度和稳定性,使掘进机能够根据不同的煤岩特性,调节摆动速度,提高了掘进机的工作效率.     

基于RBF神经网络PID控制的掘进机恒功率调速系统

悬臂式掘进机在煤炭开采过程中,由于作业环境复杂,切割头易受到巨大冲击,负载变化剧烈,导致工作稳定性降低.针对这一问题,以截割电机为被控对象,将原有系统改进为基于RBF神经网络PID控制的掘进机恒功率调速自适应控制器,实现该系统的高精度控制.在Matlab/Simulink软件中对截割电机系统进行建模和仿真,通过与传统模糊PID控制进行比较分析,结果表明,RBF神经网络自适应PID控制系统抗干扰性得到改善,响应速度快,控制精度高,在实际工作中具有良好的稳定性和实用性.     

基于模糊控制的连续采煤机恒功率截割方法

由于煤矿井下工况复杂,连续采煤机中的截割电动机负载随机变化,导致截割电动机常常因为过载而停机。现有连续采煤机恒功率截割方法只能对较小范围的截割电动机电流实现优化,无法实现自适应调节,不能有效解决电动机过载现象。针对上述问题,提出了一种基于模糊控制的连续采煤机恒功率截割方法,通过建立截割电动机电流和行走电动机速度的模糊控制器实现行走电动机速度的自适应调节:以截割电动机实际电流与额定电流的差值和差值变化率为输入变量,行走电动机速度调节比例值为输出变量,当截割电动机电流不正常时,采用模糊控制方法调节行走电动机速度,使截割电动机电流处于额定范围,从而实现恒功率截割。验证结果表明,与线性曲线法相比,采用模糊控制后,截割电动机最大电流仅超过额定电流的9%,截割电动机电流过载次数明显减少,较好地实现了连续采煤机的恒功率截割。     

基于 GAs 模糊控制的掘进机截割电动机恒功率控制

为了解决悬臂式掘进机截割随机分布的煤岩时载荷变化剧烈、能量消耗大、工作效率低的问题,利用遗传算法对悬臂摆动速度进行模糊控制,实现对截割电动机的恒功率控制。建立了掘进机悬臂水平摆动系统的仿真模型,利用Matlab软件对模型进行仿真。结果表明：该系统较传统控制方式的悬臂摆动速度波动减小25.9%,截割电动机功率超调小5.0%,调节时间缩短0.1s,响应速度快、精度高,具有良好的控制特性,能根据截割煤岩的不同,自动调节悬臂摆动速度,降低了掘进机功率损失、提高了工作效率。     

考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制

煤岩硬度显著影响悬臂式掘进机空间运行状态,分析掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关联性,有助于更好地实现悬臂式掘进机自动化截割控制。为提高截割控制精度,提出了一种考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制方法。根据动力学原理获得了悬臂式掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关系,得出随着截割头与目标点之间的距离、运动范围半径及动态角度增大,截割头的运行稳定性会相应提高。采用加权平衡的方式确定自动化控制参数,采用PID控制和闭环模糊控制方法实现掘进机自动化截割控制。实验结果表明,该方法横向控制和纵向控制都表现出较好的性能,掘进机截割头摆速在2 s内达到稳定值,动态工作稳定性好;悬臂式掘进机截割头回转和升降角度变化轨迹与期望轨迹之间的吻合度较高,整体偏离程度较小,控制精度较高。     

掘进机截割臂摆速自动控制方法研究

由于掘进巷道煤岩时有硬度急剧变化现象,人工操控难以及时有效改变掘进机截割臂摆速,会严重影响截割头截齿与截割电动机的使用寿命。针对该问题,在分析截割臂摆速v、截割电动机电流I和煤岩硬度f之间的关系的基础上,提出了基于PID技术的截割臂摆速自动控制方法,即将截割电动机额定电流与实际电流之差值(I0-I)作为输入变量,通过比例单元、积分单元和微分单元的线性组合,对控制电液比例阀阀口开度的电流I1进行控制,从而控制截割臂摆速;依据煤炭行业标准MT/T971—2005,提出了5%的控制精度标准。该控制方法达到了替代人工操控、有效保护截齿和截割电动机,并同时使得截割电动机始终满载恒功率工作的目的。     

EBJ-132A型掘进机工作机构控制系统的研究

探讨了自动完成悬臂式掘进机的巷道断面自动成形,提出了根据不同煤岩分布调整悬臂摆动速度来达到截割主电机恒功率控制的方法.所设计的系统可以根据用户输入的断面形状和参数自动完成巷道断面的成形,实现不同巷道煤岩分布情况下能够自动调节进给速度的功能,达到降低功率损失、提高工作效率及自动化的目的.为实现机掘巷道自动化和无人化提供了一种切实可行的方法.     

掘进机器人巷道断面记忆截割控制策略研究

矿井巷道开采的过程中司机的视线和所处的环境受粉尘,水雾,光线等的影响,导致在巷道断面在截割的过程中出现超挖或欠挖的现象,使得断面的形状尺寸不规则,进而给后面的顶板支护工作也带来困难,严重影响着巷道掘进的进度;为了解决以上问题,提出掘进机器人巷道断面记忆截割控制策略;记忆截割就是司机对断面初次截割的过程中把截割数据包括截割头的位置、截割臂摆动的角度和速度等数据存储在专门的存储器中,作为之后截割的参考数据直接调用,省去司机频繁的操作,大大提高截割的效率;通过MATLAB仿真和EBZ160试验研究可知,截割头摆动误差可控制在5cm以内,表明掘进机器人巷道断面记忆截割控制策略可以更加有效地控制掘进机截割出整齐的断面,为掘进机巷道断面自动成型奠定了理论依据。     

掘进机智能型自动成形恒功率截割控制系统的研究与应用

掘进机是煤矿巷道机械化掘进中最重要的设备,目前仍由司机手动操作。由于掘进环境恶劣,工作条件差,粉尘、水雾等影响司机的视野,造成掘进巷道断面成形质量差、劳动强度大。针对上述问题,文章介绍了一种掘进机智能型自动成形恒功率截割控制系统,详细介绍了智能型自动成形恒功率截割控制系统中掘进巷道断面自动成形控制和截割头恒功率自动牵引调速控制的设计与实现,并介绍了该系统在EBZ200型掘进机上的应用情况。实际应用表明,该系统实现了远程在线监视、诊断与控制功能,使操作人员远离工作面迎头,减少了人员伤害事故,对实现安全、高效自动化巷道掘进具有一定的现实意义。     

纵轴式掘进机截割头辅助设计软件开发及应用

基于煤岩截割机理及截割头设计理论,采用MATLAB与EXCEL开发纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件。该软件可绘制截齿排列图、载荷图以及切屑图,同时生成载荷TXT文本,为截割头参数化建模以及掘进机动态仿真提供数据。使用该软件可快捷研究各个设计参数对掘进机截割性能的影响,找到最优的截割头设计方案。以EBZ220型掘进机截割头的设计为工程对象,以截割比能耗最低为目标,找到最适合该型号掘进机的截割头设计参数,生成截齿排列均匀、结构合理的截割头实体模型。为纵轴式掘进机截割头设计提供了一种新的方法,具有重要的理论意义及工程应用价值。     

纵轴式掘进机截割头载荷影响因素的仿真分析

针对现有掘进机截割头载荷特性研究方法采用单一影响因素不能全面反映截割头载荷及其波动变化规律的问题,通过分析截割头瞬时载荷,确定了纵轴式掘进机在水平截割工况下截割头载荷的主要影响因素有截割岩石特性、截割头掏槽深度、截割头吃刀深度、截割头转速和截割臂摆速。针对某纵轴式掘进机水平截割工况,采用Matlab对影响截割头载荷的多种因素进行仿真分析,得到了各向载荷及其波动随各因素的变化规律:截割头载荷随着岩壁普氏系数的增大而增加,其中横向阻力增加尤为明显,横向阻力波动程度高于其他方向载荷,且随着岩壁普氏系数的增大呈减小趋势;随着截割头掏槽深度的增加,截割头各向载荷近似呈线性增加,其中升力增加幅度最大,各向载荷波动则随着截割头掏槽深度的增大而减小;随着吃刀深度的增加,截割头载荷总体呈增大趋势,载荷波动程度则随之减小;在截割头转速一定的情况下,截割头载荷均随着截割臂摆速的增加而增大,在同一摆速下,截割头载荷随着截割头转速的减小而增大,横向阻力波动明显高于升力和推进阻力波动,横向阻力和推进阻力波动按截割头载荷规律变化,升力波动则与之相反。截割头载荷波动变化规律与截割头载荷变化规律不尽一致,有时甚至相互冲突。因此,掘进机作业过程中应合理选择截割头掏槽深度、吃刀深度等操作参数和截割头转速、截割臂摆速等运动参数,使各参数相互匹配,以减小掘进机振动,延长使用寿命。     

掘进机器人仿形截割建模与轨迹仿真研究

针对掘进机器人掘进过程中,尖峰负荷影响,及切割机构的非平稳振动,引起欠挖和超挖,机器损耗加剧等问题,以悬臂式掘进机巷道自动成形为研究对象,建立了掘进机仿形截割的动态数学模型,推导出截割头运动到半圆拱形巷道边界时,悬臂偏移角和油缸伸长量之间的通用公式,在使用数字液压缸按照所给巷道运动时,通过控制各个油缸伸长量来实现掘进机的自动控制机理。采用MATLAB软件仿真了截割头仿形截割运动过程,取得和实际工况相一致的结果,验证了模型的可行性和优越性,为掘进机器人研究奠定了通用的控制理论基础。     

Performance prediction of roadheaders using ensemble machine learning techniques

Mechanical excavators are widely used in mining, tunneling and civil engineering projects. There are several types of mechanical excavators, such as a roadheader, tunnel boring machine and impact hammer. This is because these tools can bring productivity to the project quickly, accurately and safely. Among these, roadheaders have some advantages like selective mining, mobility, less over excavation, minimal ground disturbances, elimination of blast vibration, reduced ventilation requirements and initial investment cost. A critical issue in successful roadheader application is the ability to evaluate and predict the machine performance named instantaneous (net) cutting rate. Although there are several prediction methods in the literature, for the prediction of roadheader performance, only a few of them have been developed via artificial neural network techniques. In this study, for this purpose, 333 data sets including uniaxial compressive strength and power on cutting boom, 103 data set including RQD, and 125 data sets including machine weight are accumulated from the literature. This paper focuses on roadheader performance prediction using six different machine learning algorithms and a combination of various machine learning algorithms via ensemble techniques. Algorithms are ZeroR, random forest (RF), Gaussian process, linear regression, logistic regression and multi-layer perceptron (MLP). As a result, MLP and RF give better results than the other algorithms also the best solution achieved was bagging technique on RF and principle component analysis (PCA). The best success rate obtained in this study is 90.2% successful prediction, and it is relatively better than contemporary research.

     

基于振动加速度信号与应力信号的掘进机载荷识别方法

针对煤矿井下工作面设备的动态载荷难以直接获得的问题,提出了一种基于振动加速度信号与应力信号的掘进机载荷识别方法,介绍了该方法的基本原理及实现步骤;以EBZ260型掘进机在地面开展的假岩壁截割为实验对象,选取掘进机从开始截割到停止共11s的数据进行分析,得出掘进机在截割过程中振动加速度平均能量与平均应力的对应关系,采用最小二乘法得出振动加速度平均能量与平均应力的拟合曲线,由拟合曲线即可得到振动加速度平均能量与平均应力的函数表达式。该方法为通过振动加速度间接测试掘进机动态载荷提供了新途径。     

悬臂式掘进机器人截割臂建模与二阶滑模控制器设计

根据悬臂式掘进机器人截割工艺和结构特点,建立了截割臂动力学模型.将一种基于有限状态结构的二阶滑模控制扩展到多输入多输出系统中,在无速度观测器的情况下,保证了滑模量及其导数在有限时间收敛到零.算法消弱了传统滑模控制中的抖动问题,提高了控制系统精度.利用提出的多输入多输出二阶滑模控制算法,设计了截割臂控制器.通过仿真和实验,证明了算法的有效性.     

基于嵌入式软PLC的掘进机控制系统设计

针对现有以普通PLC和专用控制器为核心的煤矿掘进机控制系统存在开发成本高、维护量大、跨平台移植难等问题,设计了一种基于嵌入式软PLC技术的掘进机控制系统,分析了系统的功能需求和实现原理,提出了以嵌入式软PLC为核心的控制系统架构。该系统通过实时操作系统的定制、软PLC运行时系统的移植及驱动组件的开发,实现了掘进机基本逻辑控制、全功能遥控和自动截割功能,可对掘进机状态进行实时监测,通过遥控器实现全功能远程遥控,通过设定断面形状、路径类型、巷道高度、巷道宽度和截割间距等参数实现巷道断面的自动截割成形等。相比于以PLC和专用控制器为核心的控制系统,采用嵌入式软PLC的掘进机控制系统可更好实现掘进机装备的标准统一和系统的组态开发,跨平台移植性好。测试结果证明该系统基本控制功能和遥控操作性能良好,自动截割断面边界最大误差小于10 cm。     

悬臂式掘进机机身位姿误差消除策略的研究

基于悬臂式掘进机机身位姿检测系统,提出了一种悬臂式掘进机机身位姿误差消除策略:根据悬臂式掘进机机身位姿检测系统所采集的数据,判断各方向位姿误差的大小;当误差较大时,通过控制履带、前铲板与后支撑对悬臂式掘进机整体进行调整,减小机身各方向误差;当误差减小到截割臂的控制补偿范围,根据当前位姿误差设定截割轮廓的正确位置并进行自动截割;解算出各方向剩余位姿误差的补偿量,根据补偿量在自动刷帮过程中控制截割断面的边界位置。该策略对实现自动定向掘进和掘进远程控制具有一定的参考价值。     

Research on adaptive power control parameter of a cold milling machine

The factors in the power consumption of the cold milling machine and the load feature of the engine are firstly analyzed. How to select the optimal control parameter to make good use of the engine power output is studied theoretically. Based on these analyses, a simulation model of the cold milling machine is built up with the software of AMEsim4.2. Whether the engine power output utilization of the cold milling machine which is equipped with the adaptive power control system is reasonable or not is verified through the simulation.The results show that using the machine speed of the cold milling machine as the control parameter is reasonable and effective; the engine of the cold milling machine can be self-adjusted to work at its rated power by the adaptive power control system. In this case, the rated power utilization ratio of the engine is improved more than 10.2% and the machine efficiency increases at least 6.32% in various operating conditions.The theoretical basis and novel practical methodology can be provided for making good use of the engine power and increasing the machine work efficiency.     

空调虚拟同步机的负荷自动调控系统设计

为解决由空调负荷急剧升高带来的电网峰谷差拉大、负荷尖峰明显等问题,设计新型空调虚拟同步机的负荷自动调控系统。在基础调控架构中,通过规范空调虚拟同步机调速器、负荷双闭环两个关键设备连接状态的方式,实现新型自动调控系统的硬件运行环境搭建。在此基础上,通过汇总空调虚拟同步机待调控数据的方式,计算自动负荷调节潜力数值,并以此为标准设计、完善基础的调控存储结构,实现新型自动调控系统的软件运行环境搭建,两相结合完成新型空调虚拟同步机负荷自动调控系统的设计。在虚拟化平台背景下设计对比实验结果表明,与传统系统相比,应用新型自动调控系统后,电网峰谷差的最大数值始终不超过75 V、负荷尖峰的出现频率基本保持在55%左右,空调负荷急速升高情况得到有效抑制。