【摘要】：采煤機(jī)自主導(dǎo)航定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化無人(或少人)長壁綜采工作面的關(guān)鍵技術(shù)之一,其對采煤機(jī)滾筒的自動調(diào)高和刮板運(yùn)輸機(jī)的自動調(diào)直具有重要意義。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)與里程計(jì)相融合的組合定位方法的研究表明此方法對于長壁綜采工作面采煤機(jī)自主導(dǎo)航的可行性,但是其定位精度還不能滿足工作面采煤機(jī)動態(tài)精準(zhǔn)定位的需求。因此需要深入研究慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和里程計(jì)相融合的組合定位誤差產(chǎn)生原因及消除方法。本文依據(jù)大量模擬采煤機(jī)運(yùn)行軌跡所測得的定位數(shù)據(jù),分析得出在定位裝置初始化時便引入了安裝偏差和初始對準(zhǔn)偏差這兩種確定性偏差,其對定位精度產(chǎn)生了近似線性影響,必須最大限度予以消除。在此基礎(chǔ)上,建立了采煤機(jī)定位誤差模型,研究了確定性偏差對定位精度的影響規(guī)律,并獲得了確定性偏差補(bǔ)償方法。試驗(yàn)表明此方法可以將確定性偏差有效消減,補(bǔ)償之后在北、東、天三個方向的最大定位誤差分別減小為0.22m、0.18m和0.12m,球概率誤差減小為0.11m。通過模擬采煤機(jī)四次截割運(yùn)行軌跡的定位試驗(yàn),獲得其誤差還受姿態(tài)角的漂移影響,且航向角的漂移遠(yuǎn)大于俯仰角的漂移,導(dǎo)致了在東北方向的定位精度遠(yuǎn)低于天方向的定位精度。通過仿真試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)累積性的航向角漂移對定位精度的影響呈現(xiàn)非線性化,而且誤差增長率隨時間的增加而增大,當(dāng)漂移變大時,變化率的增長更為明顯,致使定位軌跡與實(shí)際軌跡發(fā)生了形狀變化。為減小這些影響,根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn),建立了利用工作面推進(jìn)距離作為非完整約束條件的閉合路徑最優(yōu)估計(jì)誤差補(bǔ)償模型與方法,并進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明第二次、第三次和第四次截割運(yùn)行北方向誤差分別由約束前的0.43m、0.95m和1.03m降低為0.49m、0.52m和0.76m,東方向誤差分別由0.37m、1.46m和1.40m降低為0.29m、0.65m和0.81m,球概率誤差分別由0.24m、0.72m和0.67m降低為0.22m、0.35m和0.39m。東北方向定位精度提升了近50%,顯示出了對工作面推進(jìn)方向良好的約束效果,降低了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)航向角漂移對工作面推進(jìn)方向上定位精度的影響,在多次截割完成后仍可保持較高精度,提升了采煤機(jī)定位裝置的定位精度。
【圖文】：

Research Organization)的 Reid 將慣導(dǎo)技術(shù)在露天采煤機(jī)開展應(yīng)用研究。研究者首先對 INS 進(jìn)行了 4.5 小時長時間的漂移實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)東方向與北方向的位置誤差大致在 0.5m 左右，高度方向的誤差在 1m 左右。相對于航向信息來說，姿態(tài)角信息很穩(wěn)定，其變化不像位置信息那樣受振動太大的影響。由于純慣性系統(tǒng)漂移的原因，定位精度不能滿足定位要求，根據(jù) INS 航向精度的穩(wěn)定性，Reid 提出了一種將 INS 的航向信息與外部傳感器的測距信息相結(jié)合的思路，以達(dá)到更高定位精度，這種方式避免了加速度計(jì)輸出值兩次積分帶來的累積誤差，同時也擺脫了使用零速矯正的弊端。2001 年，Reid 及其研究團(tuán)隊(duì)將慣性導(dǎo)航技術(shù)在長壁工作面進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究[45-48]。ACARP（Australian Coal Association Research Program）啟動了一項(xiàng)為期三年的“Landmark”計(jì)劃，旨在提高長壁工作面的自動化水平。到 2003 年，其開發(fā)的采煤機(jī)位置實(shí)時測量顯示系統(tǒng)已初步完成，并安裝在采煤機(jī)上進(jìn)行井下測試。INS 的穩(wěn)定定位技術(shù)通常依賴外部位置和速度信息，此系統(tǒng)中將里程計(jì)的速度信息引入用以矯正純慣導(dǎo)系統(tǒng)下速度誤差，進(jìn)而提高位置精度。圖 1.1 為長壁采煤機(jī)位姿測量系統(tǒng)及內(nèi)部聯(lián)系圖。

圖 1.3 采煤機(jī)定位定姿裝置Fig 1.3 Shearer positioning and attitude device1.3.2 定位誤差分析優(yōu)化（Positioning ErrorAnalysis and Optimization）由于慣性導(dǎo)航技術(shù)的自主性和可靠性使得此技術(shù)在惡劣的煤礦井下應(yīng)用成為可能，但是慣性導(dǎo)航的漂移誤差隨時間的增長而加大，因此實(shí)現(xiàn)慣導(dǎo)技術(shù)在采煤機(jī)定位中的完美應(yīng)用首先需要對其誤差進(jìn)行補(bǔ)償。現(xiàn)有的慣性導(dǎo)航誤差補(bǔ)償方法主要有：利用 GIS 技術(shù)的地圖匹配算法[57]、基于最優(yōu)估計(jì)理論濾波算法[58]、運(yùn)動學(xué)模型輔助慣導(dǎo)的誤差減小方法[59-61]。利用 GIS 技術(shù)的地圖匹配算法是在采煤機(jī)運(yùn)動軌道上開發(fā)與定位有關(guān)的軌道地圖數(shù)據(jù)庫，將已知的采煤機(jī)運(yùn)動路線的數(shù)學(xué)特征與地圖數(shù)據(jù)庫中的軌道特征相比較，從而確定采煤機(jī)位置和運(yùn)動軌跡，，并校正慣性導(dǎo)航的誤差，實(shí)現(xiàn)地圖匹配�；谧顑�(yōu)估計(jì)理論的估計(jì)算法是利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差方程，以最小誤差濾波的方法為基礎(chǔ)，對慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息、速度信息、位置信息進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD421.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Ralston Jonathon C.;Reid David C.;Dunn Mark T.;Hainsworth David W.;;Longwall automation: Delivering enabling technology to achieve safer and more productive underground mining[J];International Journal of Mining Science and Technology;2015年06期

2 張智U

本文編號：2567688