懸臂式掘進(jìn)機(jī)巷道斷面成形控制的研究.pdf

1、懸臂式掘進(jìn)機(jī)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(zhuān)業(yè)：控制理論與控制工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)自動(dòng)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(jìn)機(jī)廣泛應(yīng)用于采礦工程和地下工程中。目前，掘進(jìn)機(jī)的操作主要是人在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)操作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)場(chǎng)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(jìn)機(jī)的智能化、無(wú)人化發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越受到人們的重視。本文以某全自動(dòng)懸臂式掘進(jìn)機(jī)為對(duì)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(guò)程，提出截割頭在斷面成形過(guò)程中的截割路徑規(guī)劃方案。并將路徑離散化成一個(gè)點(diǎn)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(duì)掘進(jìn)機(jī)截割臂的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，推導(dǎo)出其運(yùn)動(dòng)的空間幾何模型，并進(jìn)行抽象簡(jiǎn)化。分析了截割頭的位置與截割臂姿態(tài)以及車(chē)體姿態(tài)之間的計(jì)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(jìn)機(jī)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(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出相應(yīng)的截割臂姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)分段控制。掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)是液壓驅(qū)動(dòng)的重型機(jī)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(lái)了困難。而且液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，液壓油溫的變化會(huì)引起控制系統(tǒng)參數(shù)的變化，很難得到被控對(duì)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(duì)象模型的特點(diǎn)，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(guò)程中的死區(qū)、飽和等特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制規(guī)則集

4、。針對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境非常惡劣，振動(dòng)大，粉塵多，干擾強(qiáng)，有防爆的要求，在掘進(jìn)機(jī)的控制系統(tǒng)中采用CAN工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制，根據(jù)通信接口，設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)檢測(cè)傳感器和控制器，將傳感器都直接輸出CAN信號(hào)，減少了信號(hào)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(guò)在全自動(dòng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)物上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄分析相關(guān)數(shù)據(jù)。并對(duì)巷道軌跡進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，本系統(tǒng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，掘進(jìn)機(jī)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)