SINS/WSN組合定位下采煤機精確位姿感知理論及技術(shù)研究
發(fā)布時間:2020-12-13 07:07
隨著近年來國家能源戰(zhàn)略的發(fā)展實施,使得煤炭開采逐步從高產(chǎn)量向綠色開采、安全高效開采發(fā)展。煤礦井下綜采工作面的自動化和智能化是實現(xiàn)礦井無人化、安全高效開采的關(guān)鍵步驟,也是發(fā)展“數(shù)字礦山”,提高礦井機電裝備信息化和自動化水平的重要組成部分。本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目的資助下,以綜采工作面“三機”裝備——采煤機、刮板輸送機和液壓支架為研究對象,以捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)為基礎(chǔ),以實現(xiàn)井下綜采“三機”自動化為目標,開展采煤機復(fù)雜環(huán)境下的精確位姿感知技術(shù)研究。通過建立采煤機動力學(xué)模型和“三機”運動學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上研究采煤機復(fù)雜振動環(huán)境下的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差補償策略及多約束定位解算策略,構(gòu)建采煤機SINS/WSN組合定位模型,在此基礎(chǔ)上分析異類傳感器數(shù)據(jù)傳輸特性以及井下工作面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位影響因素,提出組合定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)異步融合方法以及WSN不同失效情況下的緊耦合容錯組合定位方法來實現(xiàn)采煤機復(fù)雜環(huán)境下的定位定姿。主要研究工作包括:1)采煤機動力學(xué)模型下捷聯(lián)慣導(dǎo)解算誤差補償策略研究。建立了采煤機的多剛體動力學(xué)模型,并進行數(shù)值計算下的采煤機機身振動形式求解。分析了動力學(xué)模型下的采煤...
【文章來源】:中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:158 頁
【學(xué)位級別】:博士
【部分圖文】:
綜采工作面現(xiàn)場圖
中難以取得理想的定位效果。在根據(jù)上文分析可知,采煤機在刮板輸送機的約束下,沿著工作面循環(huán),其運動速度具有約束特性。因此利用采煤機運動過程中的速度約束特SINS 零速校正算法進行輔助,實現(xiàn)速度約束輔助下的采煤機 SINS 零速。首先,定義采煤機的機體坐標系(m 系)為固定在采煤機機身的直角坐標個坐標軸分別指向采煤機的前向、橫向和垂向。采煤機機體坐標系(mSINS 載體坐標系(b 系)、導(dǎo)航坐標系(n 系)的關(guān)系如圖 3-6 所示。同時在采煤機機身上,由于 SINS 安裝方式以及安裝精度的問題,使得采煤坐標系(m 系)和 SINS 的載體坐標系(b 系)之間存在一個安裝偏轉(zhuǎn)角角度向量表示為 。因此,采煤機在 m 系下的速度示為, (, 為載體坐標系到機體坐標系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣。
圖 3-8 SINS 定位系統(tǒng)現(xiàn)場實驗布置圖Figure 3-8 Experimental scene for SINS positioning system利用采煤機沿著預(yù)鋪設(shè)好的軌道做類似于矩形運動,并且在運動期間隨機進行停車操作。采煤機繞參考運動軌跡行駛兩圈,實驗持續(xù)時間為 120 s。3.5.2 實驗結(jié)果 (Experimental Result)在實驗過程中利用 SINS 測量得到采煤機的三軸加速度和三軸角速度,在經(jīng)過初始值設(shè)定后,代入到基于運動學(xué)約束的 SINS 定位解算模型中,進而得到定位模型的計算結(jié)果。首先根據(jù) 3.2.1 節(jié)關(guān)于采煤機靜止狀態(tài)的判斷模型,利用 SINS 的加速度和角速度信息,通過設(shè)定靜止狀態(tài)的閾值判斷和利用中值濾波算法,計算出采煤機在運動過程中的靜止狀態(tài)時刻。SINS 靜止狀態(tài)判斷結(jié)果如圖 3-9 所示。由圖中可以看出,第一和第二子圖分別是由公式(3-2)和公式(3-3)對 SINS 的加速度和角速度計算得到的 C1和 C2。由于加速度和角速度測量結(jié)果受到量測噪聲的影響,使得其在利用公式(3-4)計算加速度和角速度的聯(lián)合判斷結(jié)果時,會不可避
【參考文獻】:
期刊論文
[1]基于機載捷聯(lián)慣導(dǎo)計算導(dǎo)彈初始姿態(tài)的算法[J]. 陳宇,付書堂,劉建團. 航空兵器. 2016(02)
[2]旋轉(zhuǎn)矢量在高動態(tài)全姿態(tài)飛行器運動方程中的應(yīng)用[J]. 王紅輝,楊紹卿,吳成富,郝峰,車曉濤. 兵工學(xué)報. 2016(03)
[3]煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法研究[J]. 尚超,王峰,聶百勝,籍錦程. 煤田地質(zhì)與勘探. 2016(01)
[4]基于CSS的井下精確定位服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計[J]. 劉曉陽,何赟. 工礦自動化. 2015(12)
[5]一種MEMS陀螺儀的標定方法研究[J]. 吳雪娟,宋艷君,黃樹峰,張國綱,盧剛. 傳感器與微系統(tǒng). 2015(11)
[6]基于慣導(dǎo)輔助地磁的手機室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計[J]. 宋鏢,程磊,周明達,吳懷宇,陳洋. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2015(08)
[7]移動裝備捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差補償技術(shù)研究[J]. 楊海,李威,張金堯,司卓印,應(yīng)葆華. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(08)
[8]基于捷聯(lián)慣導(dǎo)的采煤機定位定姿技術(shù)實驗研究[J]. 楊海,李威,羅成名,范孟豹,應(yīng)葆華. 煤炭學(xué)報. 2014(12)
[9]Optimal two-iteration sculling compensation mathematical framework for SINS velocity updating[J]. Tong Zhang,Kang Chen,Wenxing Fu,Yunfeng Yu,Jie Yan. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(06)
[10]基于單向示范刀的采煤機記憶截割模型構(gòu)建及模擬分析[J]. 王煥文,陶福貴,康俊霞. 煤礦機械. 2014(10)
碩士論文
[1]滾筒采煤機機械系統(tǒng)可靠性工程方法研究[D]. 劉澤平.太原理工大學(xué) 2012
本文編號:2914140
【文章來源】:中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:158 頁
【學(xué)位級別】:博士
【部分圖文】:
綜采工作面現(xiàn)場圖
中難以取得理想的定位效果。在根據(jù)上文分析可知,采煤機在刮板輸送機的約束下,沿著工作面循環(huán),其運動速度具有約束特性。因此利用采煤機運動過程中的速度約束特SINS 零速校正算法進行輔助,實現(xiàn)速度約束輔助下的采煤機 SINS 零速。首先,定義采煤機的機體坐標系(m 系)為固定在采煤機機身的直角坐標個坐標軸分別指向采煤機的前向、橫向和垂向。采煤機機體坐標系(mSINS 載體坐標系(b 系)、導(dǎo)航坐標系(n 系)的關(guān)系如圖 3-6 所示。同時在采煤機機身上,由于 SINS 安裝方式以及安裝精度的問題,使得采煤坐標系(m 系)和 SINS 的載體坐標系(b 系)之間存在一個安裝偏轉(zhuǎn)角角度向量表示為 。因此,采煤機在 m 系下的速度示為, (, 為載體坐標系到機體坐標系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣。
圖 3-8 SINS 定位系統(tǒng)現(xiàn)場實驗布置圖Figure 3-8 Experimental scene for SINS positioning system利用采煤機沿著預(yù)鋪設(shè)好的軌道做類似于矩形運動,并且在運動期間隨機進行停車操作。采煤機繞參考運動軌跡行駛兩圈,實驗持續(xù)時間為 120 s。3.5.2 實驗結(jié)果 (Experimental Result)在實驗過程中利用 SINS 測量得到采煤機的三軸加速度和三軸角速度,在經(jīng)過初始值設(shè)定后,代入到基于運動學(xué)約束的 SINS 定位解算模型中,進而得到定位模型的計算結(jié)果。首先根據(jù) 3.2.1 節(jié)關(guān)于采煤機靜止狀態(tài)的判斷模型,利用 SINS 的加速度和角速度信息,通過設(shè)定靜止狀態(tài)的閾值判斷和利用中值濾波算法,計算出采煤機在運動過程中的靜止狀態(tài)時刻。SINS 靜止狀態(tài)判斷結(jié)果如圖 3-9 所示。由圖中可以看出,第一和第二子圖分別是由公式(3-2)和公式(3-3)對 SINS 的加速度和角速度計算得到的 C1和 C2。由于加速度和角速度測量結(jié)果受到量測噪聲的影響,使得其在利用公式(3-4)計算加速度和角速度的聯(lián)合判斷結(jié)果時,會不可避
【參考文獻】:
期刊論文
[1]基于機載捷聯(lián)慣導(dǎo)計算導(dǎo)彈初始姿態(tài)的算法[J]. 陳宇,付書堂,劉建團. 航空兵器. 2016(02)
[2]旋轉(zhuǎn)矢量在高動態(tài)全姿態(tài)飛行器運動方程中的應(yīng)用[J]. 王紅輝,楊紹卿,吳成富,郝峰,車曉濤. 兵工學(xué)報. 2016(03)
[3]煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法研究[J]. 尚超,王峰,聶百勝,籍錦程. 煤田地質(zhì)與勘探. 2016(01)
[4]基于CSS的井下精確定位服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計[J]. 劉曉陽,何赟. 工礦自動化. 2015(12)
[5]一種MEMS陀螺儀的標定方法研究[J]. 吳雪娟,宋艷君,黃樹峰,張國綱,盧剛. 傳感器與微系統(tǒng). 2015(11)
[6]基于慣導(dǎo)輔助地磁的手機室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計[J]. 宋鏢,程磊,周明達,吳懷宇,陳洋. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2015(08)
[7]移動裝備捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差補償技術(shù)研究[J]. 楊海,李威,張金堯,司卓印,應(yīng)葆華. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(08)
[8]基于捷聯(lián)慣導(dǎo)的采煤機定位定姿技術(shù)實驗研究[J]. 楊海,李威,羅成名,范孟豹,應(yīng)葆華. 煤炭學(xué)報. 2014(12)
[9]Optimal two-iteration sculling compensation mathematical framework for SINS velocity updating[J]. Tong Zhang,Kang Chen,Wenxing Fu,Yunfeng Yu,Jie Yan. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(06)
[10]基于單向示范刀的采煤機記憶截割模型構(gòu)建及模擬分析[J]. 王煥文,陶福貴,康俊霞. 煤礦機械. 2014(10)
碩士論文
[1]滾筒采煤機機械系統(tǒng)可靠性工程方法研究[D]. 劉澤平.太原理工大學(xué) 2012
本文編號:2914140
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/kuangye/2914140.html
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