懸臂式掘進機巷道斷面成形控制的研究.pdf

1、懸臂式掘進機巷道斷面成形控制的研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：王道斌指導(dǎo)教師：柴毅教授專業(yè)：控制理論與控制工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)自動化學(xué)院二OO八年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要掘進機廣泛應(yīng)用于采礦工程和地下工程中。目前，掘進機的操作主要是人在作業(yè)現(xiàn)場通過操作臺來實現(xiàn)的?，F(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，掘進機的智能化、無人化發(fā)展趨勢越來越受到人們的重視。本文以某全自動懸臂式掘進機為對象，研究巷道

2、斷面成形中截割臂的智能控制。論文分析斷面形狀與截割臂姿態(tài)之間的關(guān)系，根據(jù)煤礦巷道斷面的成形過程，提出截割頭在斷面成形過程中的截割路徑規(guī)劃方案。并將路徑離散化成一個點序列，從而將斷面的截割路徑分成若干小段，每一小段看作直線段。論文針對掘進機截割臂的運動特點，推導(dǎo)出其運動的空間幾何模型，并進行抽象簡化。分析了截割頭的位置與截割臂姿態(tài)以及車體姿態(tài)之間的計算公式。建立了必要的坐標(biāo)系，并推導(dǎo)出截割頭的位置在懸臂式掘進機各坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換關(guān)系。并根據(jù)

3、每一小段的起點和終點坐標(biāo)計算出相應(yīng)的截割臂姿態(tài)，實現(xiàn)分段控制。掘進機控制系統(tǒng)是液壓驅(qū)動的重型機械系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在著滯后、死區(qū)、飽和等非線性環(huán)節(jié)，為準(zhǔn)確穩(wěn)定的控制帶來了困難。而且液壓系統(tǒng)在工作過程中，液壓油溫的變化會引起控制系統(tǒng)參數(shù)的變化，很難得到被控對象的精確模型。論文根據(jù)仿人智能控制器不需要精確被控對象模型的特點，采用仿人智能控制算法，將其中一些局部的非線性特性作線性化處理分析截割臂在工作過程中的死區(qū)、飽和等特性，設(shè)計相應(yīng)的控制規(guī)則集

4、。針對掘進機工作現(xiàn)場的環(huán)境非常惡劣，振動大，粉塵多，干擾強，有防爆的要求，在掘進機的控制系統(tǒng)中采用CAN工業(yè)現(xiàn)場總線控制，根據(jù)通信接口，設(shè)計運動和姿態(tài)檢測傳感器和控制器，將傳感器都直接輸出CAN信號，減少了信號轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的故障產(chǎn)生環(huán)節(jié)，從硬件上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。通過在全自動掘進機實物上進行實驗，記錄分析相關(guān)數(shù)據(jù)。并對巷道軌跡進行仿真。結(jié)果表明，本系統(tǒng)能正常運轉(zhuǎn)，掘進機能截割出預(yù)期的巷道斷面，效果較理想，本系統(tǒng)是一套可行的整體系統(tǒng)