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基于鲁棒闭合路径校准的采煤机SINS/OD组合导航系统
1
作者
闫明
付翔
+2 位作者
王然风
杨欣雨
刘彬
《工矿自动化》
北大核心
2025年第5期41-48,共8页
基于非完整性约束和闭合路径校准的捷联惯导与里程计的组合导航系统是被广泛应用的采煤机定位方案,其中闭合路径校准法需要能够准确测量液压支架的实际推移距离,但传统的卡尔曼滤波器(KF)难以应对观测量中的异常值,而错误的预测位置会...
基于非完整性约束和闭合路径校准的捷联惯导与里程计的组合导航系统是被广泛应用的采煤机定位方案,其中闭合路径校准法需要能够准确测量液压支架的实际推移距离,但传统的卡尔曼滤波器(KF)难以应对观测量中的异常值,而错误的预测位置会严重影响闭合路径校准法的精度,导致难以有效检测采煤机轨迹直线度。最大相关熵准则卡尔曼滤波器(MCCKF)可获得测量值的高阶统计量,但是MCCKF中的核带宽通常根据经验设定,影响了MCCKF对复杂环境的适用性。针对上述问题,提出了一种基于鲁棒闭合路径校准的采煤机捷联惯性导航系统(SINS)/里程计(OD)组合导航系统。首先,基于采煤机运动约束模型分别建立速度测量误差方程和位置测量误差方程,并建立KF模型完成对采煤机位置的最优估计;然后,采用MCCKF取代传统的KF,降低传统闭合路径校准法中错误的预测位置对直线度检测的干扰;最后,建立具有自适应核带宽算法的MCCKF(AMCCKF),在不预设核带宽参数的情况下即可获得良好的鲁棒性。实验结果表明:AMCCKF的东向均方根误差(RMSE)为0.1920 m,比MCCKF(核带宽=1)高2.65%;AMCCKF的北向RMSE为0.0496 m,比MCCKF(核带宽=1)低30.53%。结合东向和北向误差,AMCCKF的圆概率误差(CEP)为0.1422 m,较MCCKF(核带宽=1)降低了6.51%。在引入自适应核带宽后,AMCCKF可以达到甚至优于经过多次测试得到的固定核带宽MCCKF的性能,说明基于AMCCKF的组合导航系统具备更好的环境适应性。
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关键词
采煤机定位
捷联惯性导航系统
里程计
液压支架
闭合路径校准
最大相关熵准则卡尔曼滤波器
自适应核带宽
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题名
基于鲁棒闭合路径校准的采煤机SINS/OD组合导航系统
1
作者
闫明
付翔
王然风
杨欣雨
刘彬
机构
太原理工大学矿业工程学院
智能采矿装备技术全国重点实验室
山西焦煤集团有限责任公司博士后工作站
出处
《工矿自动化》
北大核心
2025年第5期41-48,共8页
基金
国家自然科学基金项目(52274157)
山西省基础研究计划联合资助项目(202403011241002)
“科技兴蒙”行动重点专项项目(2022EEDSKJXM010)。
文摘
基于非完整性约束和闭合路径校准的捷联惯导与里程计的组合导航系统是被广泛应用的采煤机定位方案,其中闭合路径校准法需要能够准确测量液压支架的实际推移距离,但传统的卡尔曼滤波器(KF)难以应对观测量中的异常值,而错误的预测位置会严重影响闭合路径校准法的精度,导致难以有效检测采煤机轨迹直线度。最大相关熵准则卡尔曼滤波器(MCCKF)可获得测量值的高阶统计量,但是MCCKF中的核带宽通常根据经验设定,影响了MCCKF对复杂环境的适用性。针对上述问题,提出了一种基于鲁棒闭合路径校准的采煤机捷联惯性导航系统(SINS)/里程计(OD)组合导航系统。首先,基于采煤机运动约束模型分别建立速度测量误差方程和位置测量误差方程,并建立KF模型完成对采煤机位置的最优估计;然后,采用MCCKF取代传统的KF,降低传统闭合路径校准法中错误的预测位置对直线度检测的干扰;最后,建立具有自适应核带宽算法的MCCKF(AMCCKF),在不预设核带宽参数的情况下即可获得良好的鲁棒性。实验结果表明:AMCCKF的东向均方根误差(RMSE)为0.1920 m,比MCCKF(核带宽=1)高2.65%;AMCCKF的北向RMSE为0.0496 m,比MCCKF(核带宽=1)低30.53%。结合东向和北向误差,AMCCKF的圆概率误差(CEP)为0.1422 m,较MCCKF(核带宽=1)降低了6.51%。在引入自适应核带宽后,AMCCKF可以达到甚至优于经过多次测试得到的固定核带宽MCCKF的性能,说明基于AMCCKF的组合导航系统具备更好的环境适应性。
关键词
采煤机定位
捷联惯性导航系统
里程计
液压支架
闭合路径校准
最大相关熵准则卡尔曼滤波器
自适应核带宽
Keywords
shearer positioning
strapdown inertial navigation system
odometer
hydraulic support
closed-loop path calibration
maximum correntropy criterion Kalman filter
adaptive kernel bandwidth
分类号
TD632 [矿业工程—矿山机电]
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作者
出处
发文年
被引量
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1
基于鲁棒闭合路径校准的采煤机SINS/OD组合导航系统
闫明
付翔
王然风
杨欣雨
刘彬
《工矿自动化》
北大核心
2025
0
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