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。     

HMC2003磁阻传感器在钻孔测斜仪中的应用

介绍了霍尼韦尔公司HMC2003三轴磁阻传感器混合电路,以及其作为方位角传感器在测斜仪中的工作原理、计算方法和误差补偿算法.通过实验证明,该传感器的使用效果优于传统磁通门设计,提高了仪器的抗震性与可靠性,具有良好的精度,缩小了仪器体积.     

瓦斯抽放系统中CH_4传感器的研究

根据CH_4传感器检测原理进行对比分析,在此基础上,提出一种具有压力补偿的激光CH_4传感器设计方案,详细介绍传感器检测原理、压力补偿和温度补偿模型建立以及关键模块的设计,并对传感器进行常态基本误差、响应时间性能测试、压力影响及温度影响实验。实验结果表明:该传感器不仅在常态精度高、响应快,而且在不同压力和不同温度环境下检测精度也比较高,完全满足瓦斯抽放系统管道中瓦斯监测的应用。     

矿用测斜仪数据采集系统设计

设计了一种基于PNI公司的磁感式传感器和MEMS加速度传感器的矿用钻孔测斜仪数据采集系统。论述了系统总体的结构,重点测斜仪对数据采集系统进行了研究,给出了利用磁感式传感器和MEMS加速度传感器融合的方法来测得地球磁场信息和重力场信息的方法,为测斜仪后续计算姿态信息和误差补偿奠定了良好的基础。设计的数据采集系统具有体积小、功耗低、可靠性高,成本低等特点,满足测斜仪数据采集系统要求。     

细长轴车削加工的PID误差补偿方法的研究

在不提高数控车床现有制造精度的基础上,建立一种新型的加工精度PID控制模型,对加工误差进行补偿,做了一系列的试验来探究该模型对误差补偿效果的影响程度和规律。通过对获得的实验数据的分析,得到相应的结论:应用加工精度PID控制模型对细长轴加工进行补偿,效果显著,尺寸误差减小了1～2个等级,且振荡收敛。     

基于模糊RBF神经网络的传感器动态特性补偿研究

为了改善传感器的动态特性,减小系统测量误差,分析了传感器动态性能补偿的基本原理,把模糊RBF神经网络应用到传感器的补偿环节。仿真实验表明,使用补偿的传感器输出达到稳态的时间比没有补偿的缩短了大约9ms,相应的动态特性指标也得到了较大的改善。把该算法用于对瓦斯传感器的非线性校正,大大提高了瓦斯检测的灵敏度和精度。     

基于TSOA定位原理混合算法的掘进机位姿检测方法

为实现掘进机的位姿检测,提出了一种面向掘进机的混合算法的位姿检测方法。基于超宽带(Ultra-wideband)测距和(Time Summation of Arrival,TSOA)定位原理,系统地推导了混合算法的计算过程,将间接法得到的定位点初始坐标代入Taylor级数展开法,循环迭代,通过混合算法得到了掘进机的坐标值,将坐标值代入姿态角解算公式得到了掘进机的姿态角。实际实验中需要其他测量方式的标定才可验证真值,且任何测量方式均有误差,因此基于MATLAB进行仿真分析研究规律。绘制了混合算法程序流程图,仿真对比了间接法和混合算法在15 m和90 m的定位点空间分布状态、三轴误差,以及2种算法在10～100 m的测量范围内定位点均方根误差和三轴均方根误差变化情况,分析了混合算法在15 m和90 m的姿态角精度,仿真结果表明:混合算法的定位性能优于间接法,精度高于间接法,姿态角误差可控制在0. 008°以下。搭建了掘进机位姿检测系统实验平台,在模拟巷道中进行了实验验证,完整地采集了UWB测距的相关数据,在MATLAB中通过曲线拟合绘制了误差随距离变化的曲线图,得到了误差随测量距离变化的规律,实验结果表明:在3～94 m测量范围内,X轴误差可控制在4 cm以内,Y轴误差可达到毫米级,Z轴误差随测量距离增大而增大。为实现综掘装备的自主导控提供了理论基础。     

煤矿用钻孔轨迹仪方位角标定算法应用研究

煤矿用钻孔轨迹仪中方位角主要是依靠3轴磁传感器感知地磁场得到,针对磁传感器本身制作、安装工艺误差和使用过程中磁场干扰等问题,提出一种平面校准、倾斜补偿及陀螺仪偏差补偿三者相结合的方位角标定方法,实现方位角的精确测量,满足现场需求。该方法首先建立误差模型,然后采用改进型的多平面校准法实现磁力计的校准,利用加速度对磁力计进行倾斜补偿,完成标定。使用转台模拟轨迹仪在空间中任意姿态的方位角,经标定补偿后验证,该算法使用时无需制造无磁环境,可将方位角精度提高到1.5°范围内,保障钻孔轨迹测量的有效性,证明该算法在煤矿环境下的可行性和适用性。     

矿用低功耗随钻轨迹测量仪

设计了一种基于磁感传感器和MEMS加速度传感器的矿用随钻轨迹测量仪,重点论述了轨迹仪测量单元的设计,给出了利用磁传感器和加速度传感器测量地球磁场和重力场的测量方案。对仪器低功耗模式进行了研究,论述了采用实时时钟芯片对单片机校时的设计方案。通过精度检测试验和应用实例,证明了随钻轨迹测量仪具有精度高、功耗低、体积小的特点,完全满足实际钻探工艺中对钻孔轨迹测量的要求。     

基于径向基神经网络的无位置传感器开关磁阻电机采煤机牵引系统

提出了无位置传感器SRM应用于采煤机牵引系统的可行性,分析了开关磁阻电机非线性的磁链特性及实时计算方法,建立了以磁链和相电流为输入、转子位置角度为输出的径向基（RBF）神经网络模型,以轴编码器实时获得的转子位置角度为学习样本,对SRM的数学模型进行了在线学习,给出了学习算法和训练步骤。以TMS320F2812 DSP为控制芯片,开发完成了1套18.5 kW三相12/8极无位置传感器开关磁阻电机样机,并进行了采煤机牵引实验。实验结果表明,系统运行可靠,具有良好的静动态性能,位置检测误差≤2°。     

基于椭球和平面拟合的随钻测量系统校正方法

基于三轴磁传感器的随钻测量系统在煤矿水平定向钻井工程中广泛使用,三轴磁传感器的误差会影响随钻测量系统绘制钻孔轨迹的精度。为了校正误差,建立三轴磁传感器的误差模型,提出基于椭球和平面拟合的校正算法。实验结果表明随钻测量系统经校正后,方位角的精度达到0.5°以内。     

基于BP神经网络的磨削加工误差补偿研究

通过分析磨削加工过程中的误差产生的原因,使用学习训练后的BP神经网络建立了双面磨床磨削加工误差补偿模型,详细阐述了网络模型的组织结构与核心算法,提出了实现磨削加工实时误差补偿技术的硬件组成方法,并通过实验验证了模型的使用效果,结果证明,基于BP神经网络的磨削加工误差补偿模型可以有效减小磨削误差,提高磨削加工精度。     

一种随钻测井旋转定位模块设计

随着油田水平井开发数量的逐年递增,水平井开发技术的研究也越来越深入,特别近年来旋转导向工具的引进,水平井开发水平大幅度提升。旋转定位模块是旋转导向工具方位伽马测量短节重要模块之一。采用MEMS微机电技术和DSP技术,选择基于MEMS技术的双轴加速度计,仅采集轴切向加速度数据,有效避免因仪器高速旋转对重力加速度测量的影响,DSP负责通讯、存储、控制等,并通过相关算法计算MEMS传感器所处扇区,实现了传感器实时定位,解决了随钻方位伽马旋转测量难题。     

新谐振调节器谐波分析检测机理仿真研究

提出了一种基于谐振调节器改进的瞬时无功功率ip-iq谐波电流分析检测法,大大提高了检测精度与实时性,将其推广应用于有源电力滤波器谐波检测环节,当负载突变、电压畸变及频率波动不同工况时,该方法瞬时响应速度快,实现了零稳态误差,并提高了检测算法执行速度,得到补偿后电网电流畸变率低,APF动态跟踪性能更好。     

基于β射线法的粉尘质量浓度检测算法研究

为了提高作业场所粉尘质量浓度检测结果的准确率,需进一步提高β射线检测粉尘质量浓度的精度。实验分析发现β射线强度存在波动性,其是影响粉尘质量浓度测试精度的因素之一;目前β射线法的基本算法没有考虑β射线强度波动性对粉尘质量浓度测试精度的影响。采用提取β射线强度波动数据信号特征值的研究方法,利用β射线强度峰峰值、标准偏差和包络均值分别标定粉尘质量浓度并进行对比分析,表明利用单一特征值标定粉尘质量浓度时分辨率较低。通过对β射线强度波动性特征值的融合实验研究,提出一种标定粉尘质量浓度的改进算法。实验结果表明:在粉尘质量浓度为0.0～920.3 mg/m~3内,采用基本算法检测粉尘质量浓度的误差为8.7%～14.3%,而改进算法的检测误差为5.3%～10.0%,基于改进算法的粉尘质量浓度检测直读仪比基本算法直读仪的精度提高了4.4%。     

经济型数控机床加工细长轴的单片机误差补偿技术

单片机实时误差补偿方法，即在不改变机床结构和制造精度基础上，通过对工件加工过程的误差源分析、建模，实时地计算出加工点的空间位置误差，通过控制系统改变坐标驱动量来实现误差修正，从而提高加工精度。     

铂片式测力传感器误差补偿的数学模型

研究采用多项式补偿数学模型对应变片式传感器进行线性误差补偿。建立补偿数学模型后，采用4次指数多项式进行拟合，拟合值与采样值误差在0．02％以内，拟合精度较高，经过线性补偿后的计算值与实际值的误差很小。     

一种具有温度和压力补偿的高精度矿用氧气传感器的研制

《煤矿安全规程》要求安全监控系统能实现对井下氧气浓度进行实时检测。结合现有氧气浓度检测技术,提出一种采用电化学原理的矿用氧气传感器的设计方法,阐述了传感器的工作原理,介绍了温度和压力补偿等关键技术,并对传感器检测精度、响应时间、温度影响和压力影响进行试验测试。测试结果表明,氧气传感器受环境影响小、测量精度高、响应速度快、运行稳定可靠,可实时监测煤矿井下氧气浓度。     

基于振动测试技术的矿井提升机主轴轴承故障诊断研究

以设备状态监测与振动故障诊断技术为理论基础,介绍了基于振动测试技术的矿井提升机主轴轴承的故障诊断方法,由加速度传感器、数据采集卡、工控机以及组态王软件组成的数据采集与监测系统实现振动信号的实时获取,采用MATLAB对振动信号进行幅值域分析、时域分析以及频谱分析,提取故障特征频率,分析结果与实际状况相符,应用效果良好。     

基于X-C两轴联动磨床偏心轴廓形误差分析及补偿方法研究

针对现有偏心轴零件的精密磨削工艺的需求,主要对偏心轴的磨削机理、廓形误差分析及误差补偿方法等进行了深入的研究。首先,通过砂轮和偏心轴的几何位置关系推导出X-C两轴联动的数学模型;然后分析了X轴方向的安装误差、砂轮磨损及砂轮架导轨直线度误差等静态误差对偏心轴廓形误差的影响并提出一种基于X轴方向的安装误差补偿方法;最后,搭建试验平台进行测试。试验结果验证了偏心轴磨削机制的数学模型、廓形误差补偿方法的正确性。