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题名数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术
被引量：23
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作者
张超
张旭辉
张楷鑫
谢楠
周创
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机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
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出处
《工矿自动化》
北大核心
2020年第9期15-20,32,共7页
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基金
陕西省创新人才计划项目(2018TD-032)
陕西省重点研发计划项目(2018ZDCXL-GY-06-04)。
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文摘
目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息,巷道断面成形质量取决于人工操作经验,可靠性较低。针对该问题,研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术,从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了数字孪生驱动掘进机自动截割的实现过程。采用视觉测量技术获取掘进机位姿数据、气体传感器等获取掘进环境数据,构成数字孪生驱动的数据来源;建立掘进机虚拟模型和虚拟场景并完成虚拟模型动作编程及虚拟模型与虚拟场景的耦合,通过求解掘进机运动学正逆解,实现掘进机与虚拟模型交互;基于三次多项式方法进行巷道断面“S”形截割轨迹规划,设计反馈线性积分滑模控制器实现截割轨迹跟踪控制;采用MySQL数据库作为数据交互媒介,通过井下工业以太环网及矿用5G技术实现数据远程传输。实验结果表明,掘进机截割头能稳定跟随规划轨迹,且同一时刻虚拟界面显示的掘进机截割头位姿与实际位姿一致。
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关键词
综掘工作面智能化
掘进机智能化
数字孪生
掘进机位姿测量
自动截割控制
截割轨迹规划
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Keywords
fully-mechanized heading face intelligence
roadheader intelligence
digital twin
position and attitude measurement of roadheader
automatic cutting control
cutting trajectory planning
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分类号
TD641
[矿业工程—矿山机电]
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题名考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制
被引量：6
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作者
许向前
简阔
王宁
李胜利
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机构
山西科技学院能源工程学院
太原科技大学能源与材料工程学院
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出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第4期153-158,共6页
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基金
山西省基础研究计划项目(202303021211209)。
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文摘
煤岩硬度显著影响悬臂式掘进机空间运行状态,分析掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关联性,有助于更好地实现悬臂式掘进机自动化截割控制。为提高截割控制精度,提出了一种考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制方法。根据动力学原理获得了悬臂式掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关系,得出随着截割头与目标点之间的距离、运动范围半径及动态角度增大,截割头的运行稳定性会相应提高。采用加权平衡的方式确定自动化控制参数,采用PID控制和闭环模糊控制方法实现掘进机自动化截割控制。实验结果表明,该方法横向控制和纵向控制都表现出较好的性能,掘进机截割头摆速在2 s内达到稳定值,动态工作稳定性好;悬臂式掘进机截割头回转和升降角度变化轨迹与期望轨迹之间的吻合度较高,整体偏离程度较小,控制精度较高。
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关键词
悬臂式掘进机
自动化截割控制
煤岩硬度
自动化控制参数
加权平衡
PID
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Keywords
boom-type roadheader
automatic cutting control
coal rock hardness
automatic control parameters
weighted balance
PID
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分类号
TD632.2
[矿业工程—矿山机电]
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题名悬臂式掘进机自主调速截割控制系统
被引量：9
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作者
张旭辉
石硕
杨红强
杨文娟
张超
王甜
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机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
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出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第1期80-89,共10页
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基金
国家自然科学基金青年项目(52104166,52174150)
陕煤联合基金项目(2021JLM-03)。
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文摘
现有悬臂式掘进机截割控制采用较为单一的控制方法且截割头以定速完成巷道断面截割,未综合考虑轨迹规划和自主调速控制,在复杂地质条件下难以实现较高的巷道工程质量。针对上述问题,提出了一种悬臂式掘进机自主调速截割控制系统。首先,建立截割头和煤层的三维模型并导入ABAQUS软件进行有限元分析,获取截割头受到的反作用力与截割臂摆动速度之间的关系,进而得到截割臂摆动速度与截割头加速度之间的关系,利用k-means聚类方法对加速度进行分层。然后,采用层次包围盒算法建立截割头碰撞检测模型,规划合适的矩形巷道断面截割轨迹,经多次离散化生成离散截割轨迹规划点,对截割臂进行运动学逆解计算,获取截割头到达离散截割轨迹规划点所需的截割臂回转弧度、抬升弧度和伸长量,并利用全局最优速度模型求解截割头运动至离散截割轨迹规划点的速度。最后,利用加速度传感器采集截割臂振动信号,根据加速度分层结果确定截割臂目标摆动速度,并通过模糊PID控制使截割臂摆动速度及时准确地随截割头加速度的变化调整到目标摆动速度。实验结果表明:采用模糊PID控制可实现较为快速、无超调量的截割臂摆动速度调节;与定速截割控制相比,采用自主调速截割控制的巷道断面成形质量高,宽度规格偏差降低了37%,高度规格偏差降低了17%,满足MT/T 5009-1994《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定的巷道成形质量要求。
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关键词
悬臂式掘进机
智能截割控制
截割臂
自主调速
自动截割控制
巷道断面成形
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Keywords
boom-type roadheader
intelligent cutting control
cutting arm
autonomous speed regulation
autonomous cutting control
roadway section forming
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分类号
TD632
[矿业工程—矿山机电]
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题名自动化工作面电牵引采煤机控制系统优化设
被引量：14
- 4
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作者
张耀明
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机构
山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司
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出处
《煤炭科技》
2020年第5期36-38,共3页
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文摘
通过对正利煤矿自动化工作面电牵引采煤机控制系统及硬件进行优化设计,并对采煤机控制系统进行实验验证,发现该系统在自动化控制时,能实时根据煤层建模数据预测出下一刀摇臂的调高轨迹,并通过摇臂的截割轨迹和设置的采煤工艺实现采煤机的自动截割控制,为智能化工作面提供了依据。
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关键词
智能化工作面
采煤机
摇臂截割轨迹
自动截割控制
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Keywords
intelligent working face
shearer
rocker cutting track
automatic cutting control
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分类号
TD632.1
[矿业工程—矿山机电]
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题名掘进工作面掘进机智能化改造设计
被引量：1
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作者
邢伟
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机构
山西寿阳潞阳瑞龙煤业有限公司
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出处
《江西煤炭科技》
2024年第2期160-163,共4页
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文摘
受煤矿井下恶劣环境影响,掘进机在实时监控与自动控制方面的应用受到限制,导致掘进机工作效率低下,现场人员及设备的安全难以得到保障。针对以上问题,通过搭设矿井万兆环网与分布式采集设备对掘进机工作面进行智能化改造,实现掘进机运行综合监测与自动截割控制,减少掘进工作面劳动投入,基本实现工作面无人操作值守。
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关键词
煤矿
掘进机
运行监测
自动截割控制
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Keywords
coal mine
roadheader
operation monitoring
automatic cutting control
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分类号
TD421.5
[矿业工程—矿山机电]
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