摘要：随着科学技术的不断进步,煤矿悬臂式掘进机正朝着自动化、少人化、智能化的方向发展。巷道断面成形是悬臂式掘进机的一个主要任务,针对煤矿掘进机器人截割头轨迹控制易受外界未知干扰、系统非线性以及参数不确定性等因素影响,提出一种基于未知动态估计器(Unknown Dy-namic Estimator,UDE)的非奇异终端滑模控制方法。首先,考虑液压驱动部分建立了掘进机截割电液驱动系统的3阶非线性严反馈状态空间模型。其次,利用有限时间状态收敛的超螺旋滑模微分器估计系统的未知速度状态,基于低通滤波器设计UDE估计系统的非匹配项集总不确定性,并采用非奇异终端滑模面和幂指数趋近律设计快速终端滑模控制律,对UDE观测的系统扰动进行实时前馈补偿可有效缓解传统滑模控制存在的控制器抖振问题。同时为降低高阶虚拟控制量导数计算复杂度,引入指令滤波技术,并采用高增益鲁棒反馈抑制系统匹配项扰动,利用李雅普诺夫准则证明闭环系统的稳定性。最后,利用搭建的掘进机器人样机开展实验验证。试验结果表明:在跟踪阶跃信号、0.1 Hz正弦信号以及混频信号时,所提出的控制方法相较传统的PI控制跟踪误差的平均值分别降低了61.60%、66.51%、66.27%,跟踪误差的均方根值分别降低了54.00%、64.53%、61.90%,可有效地抑制系统的多源不确定性扰动,进而实现掘进机器人截割系统的高精度位置控制与动态快速响应。

摘要：针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题,提出了容器位姿调平控制方法。首先,分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系,考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题,建立双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平非线性控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此提升系统容器位姿反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中控制量在钢丝绳中传递存在的不确定延时问题,构建了容器位姿调平主动控制矩阵模型,设计了控制信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的容器位姿调平主动控制模型的稳定性;然后,设计滑模控制器实现提升系统容器位姿调平控制,考虑到控制器设计过程中需要容器角度的微分信号,利用高增益观测器为滑模控制器提供光滑的角度微分信号,进而提高控制性能;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出控制信号延时补偿观测器及容器位姿调平控制方法开展了实验验证,实验结果表明,反步和本文提出的控制器相对于PI控制器具有更优越的响应速度,而提出的控制算法由于添加了延时补偿观测器和高增益观测器,具有更好的控制效果,可以减小容器倾角的峰值与均值,保证双绳缠绕式煤矿深井提升系统的安全运行。

摘要：针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此钢丝绳张力反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题,基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵,设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后,考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型,存在输出约束问题,提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法,并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证,实验结果表明,延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量,与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比,在高速和低速工况下,提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差,进一步保证提升系统的安全运行。

摘要：在矿井提升机的制动控制中,制动瞬态冲击是影响矿井提升机安全可靠运行的关键问题。由于受到技术和经济成本的制约,目前包含贴闸/压紧的制动过程全程采用力闭环控制,这不可避免地导致闸瓦与闸盘刚性接触时的制动力瞬态冲击问题。针对矿井提升机制动瞬态冲击问题,文中提出了一种基于滞回切换原理的混合贴闸/压紧制动控制策略。首先,分别利用非奇异快速终端滑模控制和反步控制设计了贴闸和压紧控制器;其次,为达到快速贴闸的目的,设计了一种基于离散积分器的在线贴闸轨迹再规划方法,有效地减小了制动器贴闸时间;然后,为实现由贴闸控制到压紧控制的安全切换,利用滞回切换原理,制定了混合贴闸/压紧控制稳态切换策略,大大减小了制动力瞬态冲击;最后,为验证提出方法的有效性,选择传统全程力闭环控制策略C1与混合贴闸/压紧直接切换策略C2作为对比方法,在单绳缠绕式提升试验台进行了对比实验,从贴闸时间、制动力最大跟踪误差和提升钢丝绳最大张力3个方面对实验结果进行了分析。实验结果表明:相较于C1控制策略,提出制动控制策略的贴闸时间缩短了64.5%,钢丝绳张力峰值减小了41 N;相较于C2控制策略,提出制动控制策略的制动力冲击减小了90.3%,钢丝绳张力峰值减小了88 N。上述结果表明本文提出的方法能有效改善制动瞬态冲击,减小制动空动时间,提高制动系统安全性,同时本研究也为一类需要混合力/位置控制的电液伺服系统提供了一种有效的解决方法。

摘要：为了解决三轴六自由度电液振动台自由度之间耦合问题,提出一种基于逆模型的前馈补偿器解耦策略。对多轴电液振动台的系统传递函数转化为矩阵型式并进行分析,推导出基于系统逆模型解耦控制方案,利用递推增广最小二乘法(Recursive Extended Least Square,RELS)及零相差跟踪技术(Zero Phase Error Tracking,ZPET)设计出系统逆模型并得到相应的解耦控制器。最后,利用六自由度电液振动台对提出的算法进行实验验证。实验结果表明,解耦后的系统性能得到较大改善,一定程度上降低了耦合信号。

摘要：针对掘进机器人截割电液系统中比例换向阀结构死区影响截割头位置控制精度,以比例阀实际开口作为阀控缸系统输入,建立了控制系统二阶状态空间模型。提出一种死区自适应补偿方法,基于李雅普诺夫稳定性理论设计死区参数自适应律。搭建了掘进机试验样机,通过与传统死区逆补偿方法进行实验对比,结果表明:所提控制方法可以降低掘进机跟踪指定轨迹的动态误差和定位偏差,改善比例阀死区对掘进机截割系统性能的影响。

摘要：电液制动装置是矿井提升机最后一道安全保障设备,合理的制动控制方法是保障提升机安全运行的关键。以单绳缠绕式矿井提升机为研究对象,考虑钢丝绳柔性特性,基于拉格朗日方程构建了提升系统非线性制动控制模型。采用径向基函数神经网络估计制动过程罐道摩擦力、非定常扰动、建模误差等不确定性,结合反步设计原理提出了基于模型的矿井提升机电液制动非线性控制方法,引入自适应更新律对神经网络权值进行在线调节,增强了设计控制方法的鲁棒性。搭建了矿井提升机制动模拟实验台并开展了对比实验,实验结果表明,与传统制动控制策略相比,提出的方法能够有效改善提升机制动平稳性和安全性。

摘要：通过对比现有上料机构的优缺点,提出一种新型矿用链斗式上料机,分析了其结构形式和工作原理并给出了具体设计过程,在此基础上利用三维设计软件Solidworks建立了上料机整机虚拟样机模型,然后运用动力学仿真软件RecurDyn对该新型上料机进行了运动学仿真。研究结果可为其他上料机的设计提供借鉴。

摘要：筒盖系统是潜艇导弹发射的重要装置。筒盖启闭通过电液伺服系统进行控制,筒盖系统通过角度传感器实现其闭环控制,传感器发生故障工况对潜艇的导弹发射将造成严重损害。为了保障筒盖系统安全稳定运行,针对其传感器故障工况设计了PI观测器,实现对筒盖系统传感器故障的实时估计,基于信号重构技术实现了对传感器反馈信号的矫正,并结合鲁棒控制器实现了对筒盖系统传感器故障工况下的安全稳定运行。试验结果表明,该控制器对筒盖系统发生传感器故障工况下的控制实现自愈效果,提高了其控制性能。

摘要：为了提高电液振动台的波形复现精度,提出一种参数化前馈逆补偿控制策略。首先利用频域辨识算法辨识出振动台在三状态控制下的参数化闭环传递函数,然后运用零幅值跟踪技术设计出稳定可靠的非最小相位系统逆模型,接着基于离线设计的逆模型构建了参数化前馈逆补偿控制并进行了实验研究。实验结果表明,采用参数化前馈逆补偿控制策略与三状态控制相比具有更高的波形复现精度。