【摘要】：巷道掘進(jìn)過程中,準(zhǔn)確有效的錨桿/錨索支護(hù)是確保后續(xù)采煤過程安全可靠實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率和工人的生命安全。錨桿/錨索支護(hù)的有效性取決于巷道設(shè)計(jì)初期的錨護(hù)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以及錨桿鉆機(jī)對(duì)所設(shè)計(jì)錨桿/錨索最優(yōu)位置的精確定位和準(zhǔn)確鉆進(jìn)控制。同時(shí),錨桿鉆機(jī)移動(dòng)到錨桿/錨索最優(yōu)設(shè)計(jì)位置的快速性和準(zhǔn)確性,是巷道的圍巖應(yīng)力分布和錨護(hù)網(wǎng)絡(luò)有效性的重要保障。傳統(tǒng)的巷道支護(hù)錨桿/錨索安裝過程中,液壓錨桿鉆機(jī)鉆臂通常人工控制,定位精度低,導(dǎo)致鉆桿安裝偏離原設(shè)計(jì)位置,易引起設(shè)備故障和巷道坍塌。為解決這類問題,本文在現(xiàn)有建模和液壓控制技術(shù)基礎(chǔ)上,研究了井下復(fù)雜環(huán)境和特殊工況下的閥控液壓錨桿鉆機(jī)鉆臂和變頻泵控液壓錨桿鉆機(jī)鉆臂的擺角控制問題。具體如下三個(gè)部分:(1)針對(duì)閥控錨桿鉆機(jī)鉆臂電液系統(tǒng),提出一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF,Extended Kalman Filter)的自適應(yīng)滑模擺角控制方法,用來解決電液伺服系統(tǒng)中存在的諸多影響因素,如閥死區(qū)非線性、參數(shù)不確定,以及未知負(fù)載擾動(dòng),并精確跟蹤鉆臂設(shè)定位置。通過引入平滑死區(qū)逆模型,設(shè)計(jì)死區(qū)預(yù)補(bǔ)償器,以削弱死區(qū)對(duì)控制性能的不良影響。設(shè)計(jì)合適的滑模自適應(yīng)律,以估計(jì)未知死區(qū)參數(shù)和消除負(fù)載擾動(dòng)影響。另外,引入EKF估計(jì)系統(tǒng)噪聲,并對(duì)鉆臂位置進(jìn)行預(yù)測(cè),以降低滑模抖振。基于AMESim和MATLAB聯(lián)合仿真結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)控制器能夠有效補(bǔ)償死區(qū)效應(yīng),并消除負(fù)載擾動(dòng)影響,同時(shí)能夠使系統(tǒng)精確跟蹤鉆臂擺角設(shè)定位置,驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。(2)基于液壓錨桿鉆機(jī)鉆臂擺角控制要求,構(gòu)建新型變頻泵控錨桿鉆機(jī)鉆臂旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。采用機(jī)理建模方法,建立新型鉆機(jī)鉆臂旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)一步分析,設(shè)計(jì)一種變頻泵控錨桿鉆機(jī)鉆臂擺角模糊PID控制器�；贛ATLAB/Simulink仿真結(jié)果表明:所提控制方法適用于綜掘巷道支護(hù)中錨桿/錨索的精確位置控制,在變頻泵控鉆機(jī)鉆臂控制系統(tǒng)應(yīng)用中具有較好的控制性能,同時(shí)驗(yàn)證了變頻泵控鉆臂旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)模型的正確性和有效性。(3)在研究工作(2)的基礎(chǔ)上,提出一種基于動(dòng)態(tài)切換函數(shù)的滑模自適應(yīng)鉆臂擺角控制方法。針對(duì)變頻泵控液壓錨桿鉆機(jī)鉆臂旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)存在的諸多內(nèi)外干擾,設(shè)計(jì)自適應(yīng)律和動(dòng)態(tài)滑模控制律,以消除系統(tǒng)抖振、抑制干擾和降低參數(shù)攝動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)影響�；贏MESim和MATLAB聯(lián)合仿真結(jié)果表明:動(dòng)態(tài)滑模自適應(yīng)擺角控制能夠有效克服諸多不確定性對(duì)系統(tǒng)的影響,該方法相比于研究工作(2)的模糊PID控制器,具有更強(qiáng)魯棒性,能夠無超調(diào)的準(zhǔn)確跟蹤設(shè)定值,滿足煤炭安全規(guī)程中錨桿/錨索安裝偏轉(zhuǎn)角控制和巷道穩(wěn)定支護(hù)的需求,為實(shí)現(xiàn)錨桿/錨索的高精度定位與安裝奠定實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TD353.6
【圖文】：

圖 1-1 木支護(hù) 圖 1-2 砌碹支護(hù)Figure 1-1 Wooden support Figure 1-2 Bricklaying support上世紀(jì) 50 年代末期，我國煤礦就已經(jīng)將錨桿應(yīng)用于巷道支護(hù)中。但是，由

圖 1-1 木支護(hù) 圖 1-2 砌碹支護(hù)Figure 1-1 Wooden support Figure 1-2 Bricklaying support上世紀(jì) 50 年代末期，我國煤礦就已經(jīng)將錨桿應(yīng)用于巷道支護(hù)中。但是，由

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本文編號(hào)：2741209