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,得到精确的采煤机的运动轨迹,实现对采煤机的实时体定位。目前基于惯性导航的采煤机空间定位研究主要集中在理论建模及算法仿真阶段,创新点在基于捷联惯性导航的采煤机定位定姿实验系统构建方案,经过系统仿真和实验结果的对比,以期验证捷联惯导对于采煤机定位的适用性,从而实现采煤机实时位姿信息输出,为综采工作面“三机”协同自动化提供实践支持。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,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SINS/轴编码器组合的采煤机定位方法与试验研究

为提高采煤机三维惯性定位精度,介绍了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)与轴编码器组合的采煤机定位方法,构建了采煤机定位方程。利用捷联惯性导航系统测出采煤机的实时姿态,轴编码器测出采煤机的位移增量,根据采煤机的实时姿态,将采煤机坐标系下的位移增量变换到导航坐标系下累加得到采煤机位置。该方法不仅能自主实时确定采煤机的三维位置,并且可有效减小纯惯性导航中的累积误差。同时,通过井上试验和井下试验验证了该定位方法的可行性,评价了该定位方法的定位精度。     

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.     

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。     

移动无线传感器网络下的采煤机定位精度分析

为了提高煤矿开采效率,实时掌控采煤机的精准工作位置,提出了移动无线传感器网络下的采煤机定位精度分析研究。构建了采煤机定位感知模型,对移动无线网络下的采煤机定位精度进行详细分析,通过定位仿真测试,得到2种提高采煤机定位精度的方法。通过研究,为今后采煤机定位精度研究奠定了基础。     

基于煤层地质模型的采煤机绝对定姿定位方法的研究

针对目前采煤机定位定姿数据无法满足综采工作面生产过程中实用性、精确性的要求,根据采煤机与工作面煤层之间的空间位置关系,提出了基于煤层地质模型的采煤机绝对定位定姿方法。首先利用工作面煤层地质数据,生成精确的煤层地质模型;然后深入研究采煤机自主导航参数解算的原理,并在此基础上对惯导系统的参考坐标系进行了调整;通过采煤机位姿数据和煤层地质数据相互融合,实现了采煤机的绝对定位定姿和对煤层地质数据感知,为采煤机滚筒实现自适应截割提供技术支撑;最后在山西某自动化工作面进行了工业性试验。     

纵轴式截割头截齿的运动学模型及仿真

为了分析纵轴式掘进机截割头截齿的运动学特征,建立了总体坐标系和局部坐标系,在此坐标系下建立了截割头纵向钻进、垂直摆动、横向摆动3种工况的截齿运动学数学模型,并进行了计算机仿真;由仿真可知,截齿在截割头上的回转半径对截齿运动学参数影响最大,回转半径越大截齿的速度和加速度越大并且变化率较大;其次,截割头转速对各运动学参数的大小和波动性也有明显的影响,随着截割臂摆动角速度的增大,截齿的速度会出现波动,并且加速度会出现较大的峰值。     

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%。     

采煤机姿态矫正系统研究综述

由于现阶段我国煤矿井下开采环境恶劣,且需要人工操作,为了实现采煤机在工作时能够自主对其位置、姿态等进行实时定位以及矫正,对实现采煤机井下智能化姿态矫正进行了相关讨论以及研究。首先对采煤机在工作时可能遇到的姿态进行分析,随后对国内采煤机定位技术进行了讨论,紧接着又对惯导技术的研究现状以及发展进行了论述,并对采煤机姿态矫正系统的关键性技术进行了研究讨论,然后又提出了一种基于组态软件的采煤机姿态矫正以及控制系统,分析了此矫正系统的工作原理以及组态界面实现的功能。此采煤机姿态矫正系统对未来实现采煤机智能化控制、无人化发展奠定了理论基础。     

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。     

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。