采煤机高精度轨迹跟踪控制系统设计与仿真分析

为了实现采煤机高精度轨迹跟踪控制,在采煤机进行PLC控制器记忆截割作业过程中,添加了各类位移传感器、角度传感器。在采煤机自动控制截割过程中,可以实现对采煤机机身、摇臂倾角、滚筒位移高度等进行监测,并做到误差的自适应调节,从而实现采煤机运行姿态的高精度控制效果。     

模糊神经网络在采煤机记忆截割技术中的应用

本文提出了一种基于模糊神经网络的采煤机记忆截割技术,来对采煤机截割滚筒进行自动调高。基于模糊神经网络建立了采煤机机身与截割高度之间的非线性关系,并采用误差反向传播和最小二乘法相结合方法对可调参数进行辨识和优化。实验表明,模糊神经网络对截割样本具有很好的泛化能力,很好地逼近煤层高度趋势,减少截割误差并提高割煤效率。     

采煤机截割滚筒自适应调高技术研究

针对煤矿井下综采工作面采煤机截割滚筒控制存在的调高方案落后、自适应能力差的问题,研究基于采煤机工艺的自适应调高技术.在分析采煤机以及截割滚筒运动规律的基础上,以采煤机运行时间、截割滚筒运行时间之间的关系,分别讨论截割滚筒调高控制策略.经试验验证表明,该截割滚筒自适应调高策略可减少采煤机在水平方向非必要运行时间12％～2...     

采煤机记忆截割技术的研究

介绍了采煤机记忆截割技术的总体方案和工作原理,研究了采煤机位置和姿态定位系统,并建立了采煤机位置定位和姿态定位的空间三维坐标数学模型,介绍了采煤机记忆截割系统的控制和数据回放两大模块,设计了采煤机记忆截割的截割数据记录和回放流程。     

基于ADAMS动力学的采煤机截割部结构性能研究

基于采煤机截割部基本结构,构建采煤机截割部三维仿真模型,并采用ADAMS软件对采煤机截割部结构性能实施动力学分析,并根据仿真分析过程针对采煤机截割部中的关键部件调高油缸进行优化设计,最后将调高油缸优化设计方案应用于工程实践,检验优化设计方案的有效性。     

采煤机截割高度自动调节控制系统的研究

针对目前采用人工控制截割高度所存在的效率低下、人员易疲劳、易发生触顶、漏切异常等问题,根据采煤机截割高度调节控制要求,提出了一种新的基于变结构控制的采煤机截割高度自动调节控制系统。该系统能够利用变结构控制原理,实现对采煤机截割高度的自动调节控制,极大提升了采煤机截割高度控制的精确性和采煤机截割自化水平。     

基于Matlab的采煤机截割滚筒载荷特性的研究

采用Matlab仿真分析软件对采煤机在三种典型工况下的截割载荷特性进行了仿真分析,归纳了不同截割载荷作用下对采煤机截割载荷、截割力矩的变化规律,为优化采煤机截割机构,针对不同的地质条件采用不同的截割作业方案、来降低对截齿和截割机构的冲击、从而提升采煤机截割机构工作可靠性和使用寿命提供理论支撑。     

采煤机自动调节截割技术研究

通过对采煤机截割工作原理的分析,提出了一种新的采煤机自适应调节的截割技术,并对该技术方案的总体控制结构及控制原理进行了论述。该自适应调节截割技术不仅能够克服传动人工调节效率低下、滞后性差的缺点而且具有控制精确、自动化程度高的优点,能自动对采煤机滚筒的截割角和截割高度进行调节,完成自动落煤的任务,可实现综采面自动化、信息化和少人化。     

不同截割状态下采煤机振动特性研究

采煤机进行记忆截割的条件是判断煤岩界面,通过在截割电机外壳布置振动传感器,采集采煤机不同状态下的振动信号,可以分析判断采煤机的截割状态。首先从强度、坚硬性等方面分析了煤岩截割特性,在分析截割头结构的基础上分析了振动来源,设计了相关信号采集电路,并从时域方面分析了试验结果。     

多激励下采煤机在行走平面内的非线性振动特性分析

提出以随机分布的煤岩单轴抗压强度为输入,采用锋利截齿截割阻力方程描述采煤机截割激励,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机驱动轮与销排间行走激励,采用库伦摩擦模型描述采煤机平滑靴、导向滑靴与刮板机间的摩擦激励,再根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机7自由度非线性振动模型。利用Newmar k-β法对方程进行了求解,分析了当行走速度为4 m/min,行走驱动轮与销排间隙为6 mm时,采煤机在行走平面内的振动特性,结果表明:行走部和机身的振动特性较为相似,但行走部的振动量小于机身;两个滚筒振动量较大,且右侧滚筒振动量大于左侧滚筒;机身和滚筒的振动相图、庞加莱映射表明采煤机工作过程中处于混沌振动状态。对采煤机振动特性进行了现场实验,实验测得的机身振动加速度有效值接为171.83mm/s~2,接近仿真值(153.06 mm/s~2),实验结果表明采煤机机的非线性模型在一定程度上可以视为准确的。     

基于误差传播理论的PnP问题姿态精度分析

提出了一种在辨识一组典型特征点误差关系的基础上,建立间接测量值与直接测量值之间的最有利函数关系,并根据误差传播理论综合其他特征点的误差影响,最终获得完整的方位、俯仰和倾斜角误差数学模型的PnP问题误差分步分析新方法。以P4P问题研究为例,推导得到了单目视觉测量中相关参数和变量的误差函数解析式,揭示了影响姿态测量精度的误差规律。经P4P姿态解算仿真,验证了误差数学模型的正确性,以及基于误差传播理论的误差分步方法的有效性。分析误差数学模型可以看出:在单目视觉测量参数确定的条件下,方位角测量误差与方位角值无关,与相机高度和合作标志尺寸的比值成正比,在较大范围内俯仰和倾斜角变化对方位角测量误差影响小;俯仰/倾斜角的测量误差与俯仰/倾斜角值有关,与相机高度和合作标志尺寸比值的平方成正比;方位角测量误差小于俯仰/倾斜角测量误差。给出的分析方法和误差解析数学模型对单目视觉测量系统设计有指导作用。     

齿距误差对时栅位移传感器的精度影响分析

传统时栅位移传感器采用线切割机床加工定、转子,线切割机床主要靠电火花的瞬时高温使局部金属腐蚀加工齿轮,导致加工效率低,齿距等分性差。然而,齿距等分性在一定程度上影响着传感器的测量精度。研究齿轮的齿距误差对传感器测量精度的影响,通过精密插齿工艺与线切割加工工艺下的齿距等分实验,可知前者的齿距等分性好于后者,比较两者的精度检定实验,可知精密插齿加工工艺的传感器精度优于线切割加工工艺的传感器精度±0.6″。     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°～20°角度范围内,3～15 m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。     

基于递推最小二乘法的地磁测量误差校正方法

针对弹体地磁测量容易受到各种误差影响而导致地磁姿态测量精度降低的问题,在分析自身误差和环境误差的基础上,对椭球模型的地磁测量误差进行建模,采用最大似然估计解算静态误差补偿参数,以解算结果为初值,通过递推最小二乘法推到补偿参数的实时更新算法,综合以上研究,形成用于地磁测量误差补偿的在线组合校正方法。仿真及实验结果表明,在接近盲区方向的最大姿态角误差小于5°,在线组合校正能够保证姿态检测系统在不同射向条件下的精度。     

Hierarchical Control of Ride Height System for Electronically Controlled Air Suspension Based on Variable Structure and Fuzzy Control Theory

The current research of air suspension mainly focuses on the characteristics and design of the air spring. In fact, electronically controlled air suspension(ECAS) has excellent performance in flexible height adjustment during different driving conditions. However, the nonlinearity of the ride height adjusting system and the uneven distribution of payload affect the control accuracy of ride height and the body attitude. Firstly, the three-point measurement system of three height sensors is used to establish the mathematical model of the ride height adjusting system. The decentralized control of ride height and the centralized control of body attitude are presented to design the ride height control system for ECAS. The exact feedback linearization method is adopted for the nonlinear mathematical model of the ride height system. Secondly, according to the hierarchical control theory, the variable structure control(VSC) technique is used to design a controller that is able to adjust the ride height for the quarter-vehicle anywhere, and each quarter-vehicle height control system is independent. Meanwhile, the three-point height signals obtained by three height sensors are tracked to calculate the body pitch and roll attitude over time, and then by calculating the deviation of pitch and roll and its rates, the height control correction is reassigned based on the fuzzy algorithm. Finally, to verify the effectiveness and performance of the proposed combined control strategy, a validating test of ride height control system with and without road disturbance is carried out. Testing results show that the height adjusting time of both lifting and lowering is over 5 s, and the pitch angle and the roll angle of body attitude are less than 0.15?. This research proposes a hierarchical control method that can guarantee the attitude stability, as well as satisfy the ride height tracking system.     

基于空间距离约束的姿态角现场精度评定方法

针对大型精密工程现场姿态测量精度评定的需求,提出了一种利用长度计量基准溯源姿态测量结果的姿态角现场精度 评定方法。 首先,介绍了激光跟踪姿态测量系统的基本组成及测量原理;其次,基于六自由度并联机构的正向运动学研究,建立 了空间距离与靶标姿态之间的数学模型,并通过蒙特卡洛法仿真分析距离约束测量精度、控制场布局以及系统工作距离等因素 对评定模型精度的影响;最后,搭建实验平台,利用精密转台的相对转动量作为角度基准,对本文研究方法的可行性进行了验 证。 结果表明:当距离约束测量精度为 0. 038 mm,控制场大小为 1 400 mm×1 400 mm 时,在-20° ~ 20°的姿态角变化范围内,评 定模型方位角精度为 0. 055°,俯仰角精度为 0. 058°。 本文研究方法避免了基于角度基准评定方法中较为严格的坐标系配准要 求,能综合反映测量系统现场使用状态,可为六自由度激光跟踪测量系统中姿态角现场精度评定方法提供参考。     

变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响

根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。     

船载高精度星敏感器安装角的标定

星敏感器测量船体姿态精度与星敏感器与甲板之间的安装角标定精度密切相关。本文介绍了船载星敏感器的相关坐标系及安装角的定义,建立了船载星敏感器蒙气差修正模型,提出了一种船载高精度星敏感器安装角标定方法。船进坞坐墩时,船载经纬仪通过拍摄方位标确定航向,星敏感器通过星图识别获得视场内星点的赤经、赤纬,构成地心惯性系参考矢量,经岁差、章动、极移、船位等修正,得到各恒星在惯导地平系下的参考矢量。然后,根据蒙气差模型对星点逐个修正俯仰角,重构惯导地平系下的参考矢量。最后,依据姿态确定算法原理,解算星敏感器安装矩阵,求解安装角。实验表明,使用该方法可使方位角、俯仰角的标定精度达10"以内。该方法有效发挥了星敏感器指向精度高的优点,改善了程序自动化程度,提高了船体姿态测量精度。     

安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态的影响研究

考虑安装误差引起的磁头俯仰角误差和侧翻角误差,建立了磁头飞行数学模型,通过数值方法分析了安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态主要参数的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,俯仰角误差对飞行高度和俯仰角有明显影响,随着俯仰角安装误差的增加,磁头飞高和俯仰角偏差增加,对侧翻角的影响可以忽略。侧翻角误差只对侧翻角有明显影响,随着侧翻角安装误差的增加,磁头飞行侧翻角偏差增加,对磁头飞行高度和俯仰角的影响可以忽略,理论分析和实验结果吻合较好。磁头设计和装配时,应控制磁头的俯仰角安装误差。     

三维姿态角高精度测量装置

基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵,提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法,并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型,根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统,采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法,保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证,并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明:在±20′的视场范围内,三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″,2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高,且易工程实现三维姿态角的测量。