深部煤炭流态化开采装备自主行走机构多缸推进同步控制

我国浅部煤炭正逐渐开采殆尽,向地球深部开发资源已成为必然趋势和国家需求。针对2 000 m以深的深部煤炭开采难题,设计了一种适用于深部煤炭流态化开采装备的自主行走机构,并重点对自主行走机构中液压推进系统的多缸同步控制难题进行了研究。首先,基于流态化开采工艺原理及装备组成,设计了一种增阻迈步式自主行走机构,可实现采掘、转化和输出等多舱体的分段式自主行走;其次,针对液压推进系统的多缸同步控制要求,分析对比了主从控制、相邻交叉耦合控制、偏差耦合控制、均值耦合控制4种控制策略以及比例、积分、微分控制(PID)算法、自抗扰控制器(ADRC)的优缺点,分别开展了在均匀负载、突变负载、时变负载3种工况下的控制性能仿真试验;再次,采用雷达图测评法对不同控制策略下的同步控制性能进行综合评价,最终选定基于ADRC的均值耦合控制方法为最佳同步控制策略;最后,研制自主行走机构试验台并开展了多液压缸同步控制试验,试验结果表明：当采用基于ADRC的均值耦合同步控制策略时,4个液压缸在不同工况下的最大同步误差均能保持在±5 mm以内,且具有优异的鲁棒性,可满足流态化开采装备自主行走机构的多缸同步推进要求。     

煤矿井下排水泵的双电机同步控制策略分析

为了提高煤矿井下双电机同步控制系统的稳定性,在永磁同步电机矢量控制的研究基础上,分析了机械和电子2种同步控制方法,认为电子同步控制方法更适合煤矿井下双电机同步控制.针对双永磁同步电机控制策略中并行控制、主从控制、偏差耦合控制和交叉耦合控制4种控制方式进行仿真研究.结果表明,并行控制方式结构简单,无干扰时同步精度高,但是...     

基于AMESim与Simulink联合仿真的矿井无轨列车液压同步控制系统

针对传统矿井有轨辅助运输存在的结构复杂、操控不易、效率不高且在斜坡工作面安全系数低下等问题,以新型矿井无轨列车为研究对象,建立AMESim与Simulink联合仿真平台,研究实现系统液压同步控制。分析无轨列车工作原理;建立液压同步系统联合仿真模型;针对系统运行过程中存在的强耦合、非线性、偏载大等情况,分析"主从、等同、耦合"三种液压同步控制策略的有效性,并在最优控制策略下实现遗传算法寻优的PID液压同步控制;联合仿真结果表明:模拟极限负载组合(0 kN,50 kN,100 kN,150 kN)情况下,采用耦合同步控制策略下基于遗传算法对PID寻优的控制系统能够实现系统动态同步误差小于±8 mm。系统具有较强的稳健性,满足矿井无轨列车液压缸运行同步平稳、快速的控制要求,确保煤矿安全生产。     

综采工作面液压支架-围岩自适应支护控制方法

为增强液压支架适应性、有效应对日益复杂的围岩动态变化,提出综采工作面液压支架-围岩自适应支护控制方法。基于变论域模糊控制方法建立液压支架-围岩刚度、强度及稳定性耦合自适应控制策略,基于MSP430处理器开发自适应控制装置,并进行实验室试验。试验结果表明:控制装置可精确获取支架状态,能够根据外载变化自动调节液压支架的安全阀开启压力、初撑力及立柱、平衡千斤顶压力,保证液压支架处于合理支护状态,控制误差不大于3%。该方法可大幅提高液压支架的适应性,有助于保持工作面液压支架群组-围岩系统的稳定支护状态。     

基于信息融合技术的超前液压支架姿态感知方法及实验验证

超前耦合支护系统空间姿态动态监测方法融合了众多的先进感知传感器，而单一感知传感器间相对独立，无法融合由于复杂扰动变化引起的超前液压支架组的空间姿态动态信息和相对位置信息反馈。采用多传感器系统协同作业的原理，结合超前液压支架组相对位置调整、移架和顶底板变形引起的2种典型空间姿态变化情况，提出一种基于信息融合技术的超前液压支架组姿态感知方法。采用超声波测距传感器测量超前液压支架组与巷帮相对位置动态信息，将小于安全距离进行位置调整过程中所引发的超前液压支架组空间姿态变化视为航向角度的动态变化，实现超前液压支架组位置调整、移架过程的空间姿态感知。采用九轴姿态传感器感知支架顶梁、底座和连杆机构的姿态动态变化信息，利用卡尔曼滤波算法融合单个姿态传感器各轴姿态数据，抑制测量过程中噪声的影响，利用自适应加权融合算法将所有姿态传感器具有相同变化趋势的同轴数据进行融合，实现对超前液压支架组空间姿态数据的动态融合感知。最后使用超前液压支架组空间姿态感知实验台对所提出的超前液压支架组空间姿态感知方法进行实验验证分析。实验结果表明：横滚角融合结果最大误差为0.024 3°,最小误差为0.001 6°,平均绝对误...     

工作面支护与液压支架技术理论体系

工作面支护是安全高效综采的首要条件,液压支架是综采系统的核心。笔者和其合作团队持续30多年致力于综采工作面支护与液压支架技术理论的研究和实践,建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架,提出了液压支架与围岩耦合原理,建立液压支架与围岩耦合模型,分析了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合规律,阐述了液压支架合理工作阻力、临界护帮力和支护系统稳定性控制策略,提出液压支架三维动态优化设计理论和方法,将围岩下沉、断裂等力、力矩以及边界条件的变化通过液压支架骨架模型传递和分解到具体的液压支架结构上,借助三维设计平台动态模拟仿真液压支架与围岩耦合作用的力学特征,优化得出对围岩最优支护效果的液压支架结构参数。提出液压支架系列型谱和工作面支护系统液压支架群组的自组织协同控制方法,将支护系统群组自组织协同控制分解为围岩自适应控制和队列保持推进控制两个控制线程,同步实现群体系统协调控制。建立了工作面支护设备技术标准体系。     

基于模糊PID控制的多电机同步控制系统的分析与设计

在对多电机同步控制理论分析的基础上,确定了基于异步电机、变频器、PC机等部件构成的多电机控制系统方案,并对多电机控制原理和模糊PID控制进行研究,从系统的稳定精度、超调量、稳定性等方面分析了KD、KI、KP发挥的作用,得出了模糊PID控制器在不同时刻的PID参数与ec和e存在的模糊关系,最终提出了基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略,并研究出了基于模糊PID补偿算法的同步控制设计方法,以期为多电机同步控制系统的研究提供有价值的参考。     

基于模糊自适应PID控制在液压支架监控中的应用

针对顶板来压的复杂性,探讨了基于模糊自适应PID控制在液压支架监控中的应用。系统根据安装的压力、下缩量、倾角等传感器获得的参数,通过数据滤波处理后,调用模糊自适应PID控制子程序,实现对液压支架工况的预测、预警、预案,为液压支架监控的实际应用提供参考。     

矿井无轨列车组液压同步控制系统研究

设计了矿井无轨列车组液压同步控制系统,并针对单车4个升降液压缸因偏载造成的不同步问题,采用基于电液伺服阀的闭环液压同步控制,验证了耦合同步控制对液压同步系统的有效性。同时使用遗传算法对PID控制进行参数寻优,利用搭建的联合仿真平台,实现四缸同步升降控制,确保单车平稳运行。     

基于AMESim和Simulink的液压升降台同步控制仿真研究

采用AMESim和Simulink仿真软件对升降台液压系统同步协调控制进行了仿真比较分析.仿真结果表明采用主从式同步控制策略能够达到很好的同步效果,同步精度达到±1 mm,为实际升降台同步顶进提供了参考依据.     

基于神经网络PID综掘巷道超前支架支撑力自适应控制

掘进扰动下,煤炭深部开采高地应力会导致深部围岩大范围塑性破坏和强烈动力失稳,且持续时间较长,存在安全隐患,严重威胁着掘进工作面煤矿工人的人身安全。近年来,国内外学者在深部围岩压力变化规律、围岩控制理论和超前支护等方面开展了许多研究,但仍存在许多亟待解决的问题。超前支架的支撑力自适应围岩压力变化可充分利用巷道围岩的自承载能力,避免巷道围岩出现破裂、碎裂等现象。介绍了一种自移式超前支架的结构,分析了该支架支撑力液压控制系统,建立了该控制系统的数学模型,研究了该系统在无控制算法、传统PID控制和神经网络PID控制等情况下的系统性能;根据旗山矿的地质条件建立了围岩-超前支架力学耦合模型,利用FLAC3D软件仿真拟合得到了巷道围岩压力变化曲线;并以此曲线为输入,模拟研究了在传统PID控制和神经PID控制两种算法时超前支架支撑力对巷道围岩压力变化的自适应变化规律。研究结果表明,与传统PID控制相比,采用神经网络PID控制算法后,支架支撑力控制系统调节时间约为2 s,缩短了16倍,超调量约为6%,动态性能得到了改善;自适应围岩压力跟踪误差为0.005 5,改善了6.8倍,证明了神经网络PID控制策略能够对支架支撑力进行控制且其控制效果比传统PID控制效果有较大优势。     

基于LabVIEW RT的液压支架让缩性能试验系统

为解决30 000 k N液压支架试验台让缩性能试验测控技术关键问题,提出一种基于LabVIEW RT构建的液压支架远程实时测控系统新方法。采用高频电液比例方向阀作为柱塞油缸液压系统的执行元件,高精度位移传感器作为实时闭环系统的反馈元件,通过在嵌入式实时控制器中运行的模糊PID控制算法实时调整比例方向阀开口度实现液压支架让缩性能试验外加载平台油缸保持同步,防止外加载平台卡死情况。介绍了该测控系统硬件架构设计、软件下位机及上位机设计。实际应用表明,该系统具有非常高的实时性及鲁棒性,外加载平台让缩试验过程中同步误差小于1 mm。     

液压支架网络化智能感控方法

在智能化综采工作面,液压支架的智能化技术对顶板及煤壁的安全控制、三机的协调运行及工作面的循环推进起着关键保障作用。针对煤矿智能化开采的技术现状及发展趋势,分析了液压支架与围岩的耦合状态、液压支架动作过程、支架与刮板输送机的协同控制、护帮板与煤壁耦合状态等感知功能需求,提出了相应的感知方法及传感元件的布置方案。在分析感知需求的基础上,提出了液压支架感知元件的结构框架及数字化感知网络架构。感知元件具有自供电数字化信号无线传输功能、架内无线传感网络采用ZigBee通信方式,所有无线感知信号通过信息接收装置进行存储、处理,然后通过RS485总线与支架控制器通讯,架间信息传输采用工业以太网。实现全面感知液压支架的位置、姿态、工作阻力、载荷分布、液压控制回路关键参数等信息。依据这些信息,结合矿压理论及支架与围岩耦合机理,可以实时掌握顶板状态、来压规律以及来压过程支架与围岩的耦合特性;利用数字化感控网络,液压支架各个动作的控制回路可以实现开关式闭环控制,可以为液压支架对围岩的自适应调节、推溜拉架的平直度控制、跟机移架自适应控制以及综采装备物联网的构建等智能化水平的进一步提升提供必要的信息支撑。     

改进混沌算法在掘进机电控系统中的应用研究

针对掘进机液压电控系统的非线性、时滞性及掘进负载不可预测性等系列特征问题,提出了一种改进混沌算法的PID优化控制策略,在传统的混沌算法的基础上,引入搜索佳点集局部并行搜索,应用在掘进机液压电控系统PID参数的优化上。仿真结果表明,相比于传统PID控制或模糊PID控制,该算法实现简单、无超调、优化效率高,且能扰动下快速跟踪设定目标值,实现对掘进机液压缸线速度的自适应控制,验证了系统近似建模下算法的可行性与领先性。     

大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制

针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架倾倒与下滑两种失稳模式,对比分析了支架受力特征,揭示了支架失稳与煤层倾角、支架顶梁和直接顶的摩擦因数之间的关系。推导了液压支架带压移架的"带压临界值",提出了铺金属网带压擦顶追机移架方法。综合分析设计了旋采段回采调斜比例为1∶3,并确定了俯伪斜回采段输送机下滑量不应大于304 mm,并通过设置了防倒、防滑千斤顶的"三机"联合防倒滑措施,有效控制"三机"稳定性及片帮、冒顶,实现了大倾角厚煤层安全高效开采。     

基于多传感器的液压支架直线度测量方法研究

针对目前液压支架直线度测量方法存在测量数据不够完整、误差大、易受粉尘影响等问题,提出了一种多传感器组合的液压支架直线度测量方法。该测量方法主要通过在液压支架底板固定位置布置2个行程位移传感器与三轴倾角传感器组合测量得出相邻支架间的位置关系,并通过基于D-H坐标系的液压支架直线度推导模型,求解得液压支架群的直线度。实验结果表明,对于长达150 m的工作面,此方法的偏航角度累积误差小于5°,直线度测量累积误差小于85 mm,可以满足液压支架直线度的测量需求,可为液压支架调直控制提供精确的数据支持。     

一种液压支架试验台自动调高控制系统

提出了一种新的液压支架试验台活动平台高度的自动调整方法。其原理是以高精度位移传感器作为反馈元件,构建计算机闭环控制系统,液压系统中调高主路采用高精度齿轮分流马达和辅路节流开关阀组成,根据调高同步误差值设定,分别控制主路及辅路的开断状态。阐述了自动调高控制系统软硬件设计。实际应用表明,调高过程中最大同步误差小于3 mm,最终对孔精度小于1 mm,解决了目前液压支架试验台手动调高的落后状况。     

基于马尔科夫理论的液压支架姿态监测方法

液压支架是煤矿井下开采和安全支护的主要设备,液压支架的姿态决定了生产过程能否顺利进行。首先针对影响液压支架姿态的关键参数进行解析,并对其进行数学建模,为支架的姿态调整提供了依据,提出了一种基于马尔科夫理论的支架姿态预测方法。该方法可以实现液压支架移架过程中对下一个支护状态相关姿态参数的预测。仿真结果显示,该方法可以提供误差较小的预测结果,为对支架姿态异常的判断提供了参考依据,同时也为液压支架的自适应调整、自动化控制提供了新的方向和启发。     

急倾斜煤层综采工作面回采工艺与设备稳定性控制

基于急倾斜综采工作面设备稳定性的控制要求,依据七台河新强煤矿的具体条件,分析并确定了急倾斜煤层综采工作面采煤机的割煤方式、液压支架的移架方式和端头区排头支架的移架方式等关键工序,提出了确保工作面设备稳定性的技术措施,现场应用表明技术效果和经济效益显著。     

急倾斜煤层综采工作面回采工艺与设备稳定性控制

基于急倾斜综采工作面设备稳定性的控制要求,依据七台河新强煤矿的具体条件,分析并确定了急倾斜煤层综采工作面采煤机的割煤方式、液压支架的移架方式和端头区排头支架的移架方式等关键工序,提出了确保工作面设备稳定性的技术措施,现场应用表明技术效果和经济效益显著。