基于捷联惯导系统的采煤机定位方法研究

借助三轴加速度计和陀螺仪组成的捷联惯导系统对采煤机在采煤作业过程中的线性加速度和角速度进行测量,实现对采煤机的实时三维体定位。通过坐标转换,得到采煤机实时作业导航方程并进行定位仿真分析,实现对采煤机的动态定位。     

基于捷联惯导及四元数法的采煤机定位方法研究

应用LSM330芯片及GS1011模块构成捷联惯导系统并将其固定于采煤机上,通过对采煤机工作状态下的三轴加速度以及角速度进行测定,结合四元数算法对数据进行处理处理和运算,对采煤机的运动状态进行反馈,以满足采煤机定位的实时性和自主性,提高采煤机定位的精度。     

基于捷联惯导系统的采煤机定位技术

针对煤矿井下三机自动化中的采煤机定位精度较低的问题,根据采煤机工作环境恶劣、空间封闭、干扰较多的特点,提出了一种基于捷联惯性导航的采煤机位姿定位方法.该方法主要利用了捷联惯性导航系统中的三轴加速度计和三轴陀螺仪实时测量采煤机的加速度和角速度信息,根据四元数捷联惯导位姿解算方法解算出采煤机的实时位置和姿态信息,得到精...     

基于卡尔曼滤波算法的采煤机惯导定位方法

煤矿工作环境复杂,对采煤机的精确定位难度较大。传统的惯导定位器定位时误差较大,且随着时间积累无法消除,影响定位精度。利用卡尔曼滤波算法对惯导定位器获得的数据进行处理,通过不断修正系统设定状态参数与实际状态参数之间的误差,实现对采煤机的精确定位。分析扩展卡尔曼算法的特点和优势,并将其应用到惯导定位器中,对采煤机进行仿真实验,对比滤波前后的系统定位精度,滤波后误差消除效果明显,值得进一步研究。     

基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究

针对煤矿井下"三机"自动化中的采煤机定位精度较低的问题,根据采煤机工作环境恶劣、空间封闭、干扰较多的特点,提出了一种基于捷联惯性导航(SINS)的采煤机位姿定位方法。该方法利用捷联惯性导航系统中的三轴加速度计和三轴陀螺仪实时测量采煤机的加速度和角速度信息,并根据四元数捷联惯导位姿解算方法解算出采煤机的实时位置和姿态信息,得到精确的采煤机运动轨迹,实现对采煤机的实时体定位。对定位平台进行仿真和利用综采工作面"三机"实验装置搭建采煤机捷联惯导定位实验平台进行实验,结果表明,采煤机捷联惯导定位系统能够准确跟踪基准轨迹,采煤机沿工作面方向运行20 m,位置姿态跟踪误差分别为0.5 m和0.7°,满足煤矿采煤机定位精度要求,该系统能够实现采煤机的实时精确定位。     

基于捷联惯导的采煤机姿态解算算法研究

针对无人工作面采煤机无法利用GPS辅助定位的现实,借鉴捷联惯导定位方法具有自主性和实时性强的特点,提出了基于捷联惯导技术的采煤机位置和运行姿态检测方法,并对采煤机捷联惯导系统的姿态算法进行研究,确定适合采煤机工矿的捷联算法。在分析捷联惯导原理的基础上推导出采煤机的捷联矩阵,进而分析了采煤机姿态的解算算法。为了找出适用于采煤机强干扰工况的捷联惯导姿态算法,用MATLAB仿真了一般情况、圆锥运动和陀螺输出有干扰三种情况下的算法的优劣性,结果表明,四阶龙格库塔法适合作为采煤机姿态解算方法。     

基于混合高斯SRUKF的采煤机定位方法

针对量测噪声为非高斯分布时的采煤机定位问题,提出一种基于混合高斯平方根无迹卡尔曼滤波(MG-SRUKF)的采煤机定位方法。该方法将惯导定位信息作为滤波过程的量测输出,依据运动状态方程和量测方程估计出采煤机的状态向量,作为滤波得到的最优定位结果。最后给出基于MG-SRUKF定位方法的具体流程。采煤机仿真结果表明,相比于混合高斯UKF(MG-UKF),MGSRUKF的滤波精度高于MG-UKF,且MG-SRUKF的滤波耗时与MG-UKF相同。     

基于面向对象的捷联惯导系统中四元数计算方法

论述了面向对象方法应用于捷联惯导系统四元数运算,利用Ｃ＾＋＋类的概念,实现了在捷联惯导系统刚体运动状态计算中广泛应用的与复数性质相似的四元数类。该方法已应用于组合导航系统计算中,提高了软件开发质量和设计速度。参４。     

基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿解算算法研究

针对煤矿井下高煤尘、光线暗的恶劣环境中掘进机无法实现动态位姿检测的问题,提出了基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿检测方法并对其解算算法做了对比研究。捷联惯导是通过三轴陀螺仪和三轴加速度计实时测得掘进机的角速度和加速度,根据位姿解算算法动态输出掘进机的姿态和位置信息。位姿解算算法很大程度决定着姿态和位置的精度,因此结合掘进机实际掘进工艺的特点,围绕位姿解算算法的适用性和优劣性,对比了四元数和等效旋转矢量两种位姿解算算法,分析了姿态解算误差的影响因素。在有噪声正弦运动和模拟掘进机行走运动两种情况下进行仿真并搭建了利用小车循迹代替掘进机掘进的实验平台进行实验,结果表明,两种算法均能满足掘进机姿态角的解算精度要求,四元数法的姿态解算精度高于等效旋转矢量法|位置的解算误差较大且呈发散状态,这有待于进一步研究。     

采煤机惯性导航安装偏差对定位误差的影响

惯性导航装置安装于采煤机机体上,导航解算时以惯性导航装置坐标系代表采煤机坐标系,当其安装存在偏差时,惯性导航装置坐标系不能代表采煤机坐标系,进而会影响采煤机的定位精度。根据航位推算原理,建立了采煤机惯性导航安装偏差所引起的采煤机定位误差模型,获得惯性导航装置安装偏差与采煤机定位误差之间的关系。安装偏差中的航向偏差与俯仰偏差对采煤机定位误差的影响较大,横滚偏差对采煤机定位误差影响较小,并且定位误差主要集中在高度方向及垂直于采煤机运动的方向。构建的定位误差模型为确定惯性导航装置的安装精度要求与补偿安装偏差引入的采煤机定位误差提供了理论依据。     

采煤机惯性导航定位动态零速修正技术

基于捷联惯性导航与轴编码器组合的采煤机惯性导航定位是综采工作面可行的采煤机定位技术。惯性导航提供姿态角参数,轴编码器提供速度参数,采煤机惯性导航定位利用航位推算算法解算出东北天坐标系下的位置坐标。为了进一步提高定位精度,在消除确定性偏差的基础上,根据惯性导航姿态误差方程,以东、北、天3个方向的平台失准角为状态量构建状态方程,根据动态零速修正技术的非完整约束条件,以采煤机坐标系横向和垂直方向速度值为观测量构建量测方程,建立卡尔曼滤波模型,并进行移动平台模拟采煤机运行试验验证。在试验条件下,第3刀导航东、北方向最大误差分别由0.639 7,0.856 7 m减小为0.456 4,0.594 2 m。第4刀导航东、北方向最大误差分别由0.644 4,0.910 6 m减小为0.466 5,0.603 0 m。东、北方向定位精度提升了30%。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

基于捷联惯性导航的井下人员精确定位系统

针对目前井下人员无法精确定位的问题,根据人员移动速度慢、方向多变的特点,研究出基于捷联惯性导航技术的井下人员精确定位方法.通过选择灵敏度高的惯性传感器,检测人员运动的三轴加速度和角速度数据,通过角速度值计算人员运动的姿态角,利用姿态信息对加速度数据进行坐标变换,进而解算出载体在运动方向上的速度和相对于定位坐标系的移动里程信息,完成对载体的定位功能.针对传感器的随机误差影响定位精度的问题,提出利用UFK滤波算法对位置计算中需要的姿态信息进行最优估计,提高定位精度.对系统长时间积累误差使用射频路标修正.完成了定位系统软硬件设计,在试验中取得较好效果.     

基于地理信息系统（GIS）的采煤机定位定姿技术研究

采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。     

惯性导航初始对准偏差与安装偏差校准方法对采煤机定位精度影响

以惯性导航元件与里程计为传感元件的航位推算方法是综采工作面可行的采煤机定位方法。通过建立航位推算误差模型,分析了惯性导航元件初始对准偏差角和安装偏差角对采煤机运行过程中定位精度的影响。结合航位推算轨迹与实际轨迹的相似性,提出了基于两点法的两种偏差角校准算法,并通过试验验证了校准算法的有效性。在试验条件下,校准前后采煤机定位50%球概率误差(SEP)半径值分别为12.062 m和0.104 m。采煤机往复截割过程中一个截割循环内采煤机的定位精度保持在相同的水平。     

基于超宽带和惯导的井下人员定位系统研究与设计

随着采矿作业的科技进步,以及对井下环境和作业人员的安全关注度越来越高,要求管理者对井下作业人员实现基于高精度定位服务的精细化管理。现阶段基于RFID、ZigBee等技术的人员定位系统仅能实现区域化或低精度定位,无法满足高精度定位的需求,而仅采用UWB技术存在成本过高、遮挡严重区域定位效果差的问题。基于该原因,采用基于UWB的TDOA定位技术实现可视空间的高精度定位,采用Mems惯导技术对不适宜布设UWB区域进行运动轨迹记录,解决了现存的定位精度差、成本高等问题。研究结果表明,设计的基于超宽带和惯导的井下人员定位系统可实现高精度定位,同时具有可靠性高、智能化高的特点。