摘要：针对当前掘进设备智能化程度低,掘进过程中超挖、欠挖和异常碰撞等情况难以具体描述,传统自动截割和记忆截割技术难以适应复杂地质条件等问题,提出了一种数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割控制方法。通过分析数字孪生技术在当前煤炭智能化开采领域的研究情况,设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机记忆截割控制系统总体方案,对复杂工况下悬臂式掘进机记忆截割关键技术进行研究。首先,充分利用数字孪生和虚拟现实技术的特性,研究复杂工况环境下的虚拟示教策略,基于Unity3D平台建立对应实体等尺寸的工作面及设备虚拟孪生模型、截割部运动学模型和虚拟碰撞检测模型,在虚拟端通过智能交互界面控制虚拟模型运动,结合工人经验设计示教轨迹并优化,使其作为轨迹跟踪的目标期望轨迹,弥补传统井下人工示教由于恶劣工况环境导致的过度依赖工人经验等问题;其次,为提高断面成形质量,研究记忆自动截割阶段示教轨迹跟踪再现控制方法,利用拉格朗日法建立截割部动力学模型,采用迭代学习与滑模控制相结合的方法提高末端执行器对示教轨迹的跟踪控制精度;最后,搭建悬臂式掘进机记忆截割仿真控制平台,通过虚拟空间与物理空间以及各模块之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中完成记忆截割虚拟示教与轨迹跟踪控制过程的三维可视化仿真,进而生成记忆自动截割轨迹跟踪控制指令并发送至悬臂式掘进机物理实体的末端执行器,驱动其按照示教轨迹进行断面成形截割,同时物理传感器采集悬臂式掘进机机身及截割臂位姿数据,反向驱动虚拟模型同步动作,实现对机器人虚拟模型和物理实体的闭环控制。在此基础上对系统的虚实同步性、虚拟样机与物理样机运动一致性和轨迹跟踪再现控制精度进行验证,实验结果表明,系统数据传输延迟较低,能够保证虚实一致性和同步性,且轨迹跟踪控制精度满足实际使用要求,该方法为掘进设备记忆截割与智能化控制提供了新的思路。

摘要：实现采煤机智能化调高,关键是解决煤岩界面识别问题、截割路径优化问题及采煤机调高控制问题。即使煤岩界面被精确识别,受到实际工作中顶底板的平整性和液压支架的推移滑溜等要求的限制,采煤机滚筒无法完全跟随煤岩界面曲线,因此需要基于煤岩界面识别结果,对起伏变化的煤岩界面曲线进行截割路径优化,得到采煤机调高控制的目标轨迹。滚筒截割路径优化是基于煤岩界面估计曲线,在采煤工艺、煤质要求和设备的适应能力等限制条件的约束下,得到使回采最大化的平滑轨迹。针对上述采煤机截割路径约束优化问题,提出一种基于B样条曲线拟合和蜉蝣算法的采煤机截割路径约束优化方法。为了提高截割路径优化效果和降低计算复杂度,以B样条曲线节点系数作为设计变量,构建一种新型截割路径优化目标函数;考虑采煤机截割工艺、煤质要求等限制,使用多段赋值罚函数法处理约束,根据约束的不满足程度动态改变罚函数系数值,避免优化陷入局部最值和约束不能起到实际作用;为了进一步提高优化效果和收敛速度,使用修正蜉蝣算法寻找最优截割路径。最后,考虑实际煤岩界面中褶皱、陷落柱、断层等典型地质构造,进行仿真研究,结果表明,所提方法能在满足实际约束下快速得到平滑的截割优化路径,实时性好、适用性高。

摘要：为进一步提升综采工作面自动化、智能化水平,最终达到无人化运行的目的。以MG620/1660-WD型号的采煤机为研究对象,在对记忆截割控制技术研究的基础上.完成了记忆截割控制流程及系统软硬件的设计.重点对人工示教和自动截割参数的设置进行研究,并对所设计的记忆截割控制系统进行性能验证,取得理想结果。

摘要：为解决工作面端头煤层依然依靠人工操作完成截割,效率低且劳动强度大的问题,在对采煤机基本结构分析的基础上,完成了采煤机端头记忆截割系统的总体设计,包括机载端头记忆截割系统和顺槽远程端头记忆截割系统两部分,并完成各系统关键硬件的选型,通过工业性试验验证了所设计的端头记忆截割控制系统能够保证采煤机具有良好的跟踪效果。

摘要：作为煤矿综采面“三机”之一,采煤机的智能化及无人化控制水平是决定综采面高效生产的关键。本文在研究采煤机工作原理及其特性的基础上,从采煤机精确定位、滚筒自动调高控制、牵引速度自适应调节3个方面入手,通过地理信息系统(GIS)实时获取采煤机及其滚筒的位置与姿态,建立记忆截割模型,采用人工学习、自动截割、人工修正的方式设计截割控制流程以及相应的控制系统,实现对采煤机的自适应截割控制,有效提高了采煤机智能化运行水平。

摘要：针对采煤机载荷的随机性,调高机构的几何非线性以及单向信息采集的偏差.采用模糊自适应PID控制方法,实现采煤机双向截割滚筒高度的自动跟踪,给出了单向示范刀顶底板数字化模型与模糊自适应PID控制策略,在Matlab/Simulink环境下,对单向示范刀记忆模式的记忆截割曲线跟踪控制进行仿真,并给出误差曲线.仿真结果表明:下行截割曲线跟踪的综合误差近似为顶板数字化转换算法误差和控制系统跟踪误差的叠加.下行顶板数字化转换算法、控制系统算法及其综合误差满足工程要求,可为单向示范刀采煤机记忆调高系统设计提供理论基础.

摘要：为了方便对采煤机记忆截割控制方法和策略的研究,设计了采煤机试验模型。介绍了基于多单片机嵌入式控制系统的总体设计,给出了控制程序的流程图。针对采煤机滚筒记忆截割的要求,将采煤机摇臂相对于牵引部分的运动简化为分段区间的状态控制,有利于摇臂状态的数字化和存储,使摇臂的控制更加简洁,所采用的数据压缩方法提高了存储器的使用率。经过试验验证表明,采用的针对记忆截割的控制方法和策略,方法简洁,运行可靠。

摘要：采煤机在综采作业中所受到的载荷具有随机性,应用模糊自适应PID控制策略,针对采煤机调高机构的几何非线性特点和采煤机作业中单向信息的采集偏差现象,对采煤机双向截割滚筒高度进行自动跟踪,并给出了单向示范刀顶板和底板的数字化模型,通过对单向示范刀记忆截割曲线跟踪控制的模拟仿真,得到误差曲线,为采煤机单向示范刀记忆调高系统的设计优化提供理论支持。

摘要：针对双示范刀记忆截割方法截割参数采样操作劳动强度大的特点,分析了采煤机的工作状态参数与煤层参数的相互关系,提出了单示范刀的记忆截割方法,构建出采煤机几何参数、运行位置、姿态参数和煤层参数与滚筒位置的数学关系,给出了单示范刀状态下工作面顶板的记忆截割数字化模型。经对采煤机截割轨迹的多循环数值模拟,结果与样本轨迹有很好的吻合度,可为采煤机单示范刀记忆截割的程控系统设计提供理论基础。

摘要：以MG180/435型滚筒采煤机为例,介绍一种采煤机自适应调高控制系统设计方案。该方案由两个模块构成,一个为硬件模块,包括控制器、显示器、A/D转换器、倾角传感器与旋转编码器,用于对截割结构高度的调节;另一个为软件模块,包括记忆截割控制程序、记忆截割路径优化程序,用于控制硬件的运行。通过实践应用分析可以发现,该控制系统自动调节耗时减少了1.3min左右,人工干预次数减少了3次左右,可显著提升采煤机的工作效率。