懸臂式掘進(jìn)機(jī)作為綜掘工作面的核心設(shè)備,其自動(dòng)化、智能化水平是提高掘進(jìn)質(zhì)量和效率的關(guān)鍵。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的行走控制、斷面自動(dòng)成形截割控制、煤巖動(dòng)態(tài)感知、工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控智能化是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)缺少針對(duì)高效掘進(jìn)的特殊設(shè)計(jì),難以滿足截割自適應(yīng)控制、掘進(jìn)機(jī)機(jī)身自主定位、斷面自動(dòng)成形、復(fù)雜算法的移植以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面的需求。因此,本文針對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)控制問(wèn)題,研究煤礦井下巷道掘進(jìn)中的定位、定向及定形截割控制技術(shù),有效提升懸臂式掘進(jìn)機(jī)的智能化水平,對(duì)保證掘進(jìn)效率和巷道成形質(zhì)量具有重要的研究意義。針對(duì)掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)處理能力較差、復(fù)雜算法集成實(shí)現(xiàn)較為困難、完成控制需要較多的模塊的問(wèn)題,研發(fā)一種適應(yīng)懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等要求的新型控制系統(tǒng)。論文提出了 DSP+CPLD為核心的懸臂式掘進(jìn)機(jī)智能控制系統(tǒng)解決方案,下位機(jī)采用DSP+CPLD為核心的控制器完成工況數(shù)據(jù)采集、控制量輸出、智能截割算法移植以及控制決策等功能,上位機(jī)采用機(jī)載計(jì)算機(jī)借助VS(Microsoft Visual Studio)和QT等軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和工況數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示等功能,上下位機(jī)采用CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。針對(duì)掘進(jìn)機(jī)在截割過(guò)程中受地質(zhì)構(gòu)造影響,煤巖或夾矸導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)負(fù)載隨機(jī)變化。為了達(dá)到最佳的破巖效果,以截割電機(jī)的電流、升降油缸的壓力、回轉(zhuǎn)油缸的壓力、截割頭運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)為依據(jù),利用多傳感器融合技術(shù)對(duì)煤巖狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知,提出了一種自適應(yīng)截割控制方案,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)截割頭轉(zhuǎn)速、截割臂擺動(dòng)速度自動(dòng)與工作載荷相適應(yīng),實(shí)現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)高效、平穩(wěn)截割。針對(duì)斷面自動(dòng)成形控制精度低、易出現(xiàn)超挖欠挖的問(wèn)題,提出一種基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的截割控制算法,論文建立懸臂式掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割斷面自動(dòng)成形控制策略,實(shí)現(xiàn)斷面成形自適應(yīng)截割并通過(guò)MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證。最后,以實(shí)驗(yàn)室的懸臂式掘進(jìn)機(jī)模型為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,分別對(duì)控制系統(tǒng)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研制的智能控制系統(tǒng)達(dá)到了初步設(shè)計(jì)要求,能初步滿足巷道掘進(jìn)中的遠(yuǎn)程控制、自適應(yīng)截割、斷面成形等功能的實(shí)現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TD631;TP273.5
【部分圖文】：

圖 2.5 掘進(jìn)機(jī)垂直升降運(yùn)動(dòng)分析示意圖 為升降液壓缸兩個(gè)活塞腔推力或拉力的總和（分別用 1、的力且兩者大小相等），用 b 表示升降液壓缸工作距，用 G臂重心到垂直擺動(dòng)中心點(diǎn) O2的距離。由公式可知 b 隨1 的變情況下，做工不同，當(dāng)截割臂垂直上擺時(shí)，取負(fù)號(hào)，當(dāng)截割上所述，因?yàn)?b 和 均為變值，所以 也是變量。因此懸臂構(gòu)和有關(guān)參數(shù)確定后，y 和 隨 b 和 的變化而變化。水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)關(guān)系分析回轉(zhuǎn)工作時(shí)，一個(gè)油缸伸長(zhǎng)，另一個(gè)縮短。工作裝置水平擺Y1(X1，Y1)O7'截割頭煤壁截割臂液壓缸

圖 2.7 掘進(jìn)機(jī)水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分析示意圖位置與截割機(jī)構(gòu)擺角的關(guān)系 x1y1z1坐標(biāo)系為標(biāo)準(zhǔn)，可得截割頭空間位置與截割 11 211 211e + cos cosxy e + cos sinz + sinlllLLL （（（））） 出截割臂垂直擺角 和水平回轉(zhuǎn)擺角2 ，為實(shí)現(xiàn)掘達(dá)到更精確的控制要求，割臂垂直擺角 減去機(jī)身對(duì)機(jī)身的垂直擺角。件方案選擇分析所需控制器必須擁有豐富的 IO 接口、優(yōu)越的

圖 3.7 CAN 總線接口電路塊設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)將掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中的重要參數(shù)的存儲(chǔ)，使得掘進(jìn)機(jī)在自動(dòng)控制時(shí)候到智能化截割的目的。有大容量、高性能、安全等多種優(yōu)點(diǎn)且 DSP 芯片中自帶 SPI 模式來(lái)實(shí)現(xiàn) SD 卡數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。在 SPI 模式下，控制器令的讀寫(xiě)，SD 卡的命令如下表 3.2 所示：共有 48 個(gè)字節(jié)，二位傳輸位為 1，命令代碼位從 45 到 40 位，命令參數(shù)位 1 位，最后一位為停止位。如圖 3.8 表示 SD 卡接口電路。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2809577