浅析悬臂式掘进机巷道断面成形控制的研究

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1、悬臂式掘进机巷道断面成形控制的研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：王道斌指导教师：柴毅教授专业：控制理论与控制工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二OO八年四月ResearchonBoom-typeRoadheaderLanewayProfilingControlAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringbyWangDaobinSup

2、ervisor:Prof.ChaiYiMajor:ControlTheoryandControlEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,China.April,2008重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要掘进机广泛应用于采矿工程和地下工程中。目前，掘进机的操作主要是人在作业现场通过操作台来实现的。现场的环境比较恶劣，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，掘进机的智能化、无人化发展趋势越来越受到人们的重视。本文以某全自动

3、悬臂式掘进机为对象，研究巷道断面成形中截割臂的智能控制。论文分析断面形状与截割臂姿态之间的关系，根据煤矿巷道断面的成形过程，提出截割头在断面成形过程中的截割路径规划方案。并将路径离散化成一个点序列，从而将断面的截割路径分成若干小段，每一小段看作直线段。论文针对掘进机截割臂的运动特点，推导出其运动的空间几何模型，并进行抽象简化。分析了截割头的位置与截割臂姿态以及车体姿态之间的计算公式。建立了必要的坐标系，并推导出截割头的位置在悬臂式掘进机各坐标系中的转换关系。并根据每一小段的起点和终点坐标计算出相应的

4、截割臂姿态，实现分段控制。掘进机控制系统是液压驱动的重型机械系统，系统中存在着滞后、死区、饱和等非线性环节，为准确稳定的控制带来了困难。而且液压系统在工作过程中，液压油温的变化会引起控制系统参数的变化，很难得到被控对象的精确模型。论文根据仿人智能控制器不需要精确被控对象模型的特点，采用仿人智能控制算法，将其中一些局部的非线性特性作线性化处理,分析截割臂在工作过程中的死区、饱和等特性，设计相应的控制规则集。针对掘进机工作现场的环境非常恶劣，振动大，粉尘多，干扰强，有防爆的要求，在掘进机的控制系统中采用

5、CAN工业现场总线控制，根据通信接口，设计运动和姿态检测传感器和控制器，将传感器都直接输出CAN信号，减少了信号转换导致的故障产生环节，从硬件上保证了系统的稳定性与可靠性。通过在全自动掘进机实物上进行实验，记录分析相关数据。并对巷道轨迹进行仿真。结果表明，本系统能正常运转，掘进机能截割出预期的巷道断面，效果较理想，本系统是一套可行的整体系统解决方案。关键词：全自动掘进机，截割臂，断面成形控制，CAN，仿人智能控制I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTRoadheaderiswidelyuse

6、dinminingandundergroundengineering.Atpresent,theRoadheaderoperationismainlymanualoperation.Theenvironmentisrelativelypooratthescene.Withscientificandtechnologicaldevelopmentandtheimprovementofpeople'slivingstandards.Moreandmorepeoplehavepayattentiontot

7、heintelligentandautomaticdevelopmentofroadheader.Basedonanautomaticboom-typeroadheader,thispaperdiscussestheintelligentcontrolofrockerarminthelanewayprofiling.Thispaperanalyzedthecalculationformulabetweensectionalshapeandrockerarmgesture.Accordingtothe

8、profilingprocessofthecoalminelanewaysection,proposedthepathplanningofthesectionformingprocess.Thepathwasturnedintoadiscretesequenceofpoints.Thusthepathwasdividedintomanysegments,andeachsegmentcanbeseenasashortline.Basedonthekinematiccha