惯导系统在综采工作面刮板输送机调直中的应用技术研究

惯导系统在综采工作面刮板输送机调直中的应用技术研究摘要采煤机以及刮板输送机和液压支架进行智能协同控制，是综采工作面实现无人值守的核心前提，刮板输送机直线度的高精度感知与控制，直接决定了煤炭开采的效率以及安全性，针对现有技术当中存在的采煤机定位精度不够、刮板输送机调直误差较大以及机械结构误差补偿不充分等问题，本文开展了综采工作面刮板输送机调直方面惯导系统应用技术的研究工作。本文把惯性导航系统当作核心，借助里程计传感器来开展组合定位体系的构建工作，提出基于抗差容积卡尔曼滤波的采煤机定位方法，能够有效抑制惯导累积误差以及里程计野值干扰：对刮板输送机中部槽联动效应以及液压支架销耳间隙误差来开展分析工作，基于LSTM神经网络来开展位移控制模型的建立工作，从而实现机械误差的精准补偿：开展“测量一修正”自动调直工艺流程的设计工作，开发出一个完整的实验装置，这个装置包含硬件采集、数据传输以及软件解算等方面，并且借助“无人值守综采工作面三机控制系统试验平台”来开展验证工作。仿真以及实验结果显示：组合定位方法开展定位工作的精度能达到0.1m,和普通卡尔曼滤波算法相比，各个方向的误差分别降低了56.2%、63.16%以及87.5%:LSTM神经网络模型开展位移预测的误差范围是-3.5mm至3.5mm,把最大位移控制误差控制在不超过7.36mm:对于初始直线度误差为205mm的工作面，开展两次测量-修正循环之后，直线度最大误差降低到了76mm,这样极大程度上提高了刮板输送机直线度的控制精度。这样，本文开展的研究工作能够为综采工作面智能化调直提供可靠的技术方案，对于推动煤矿无人化开采拥有重要的理论价值以及工程意义。关键词：综采工作面；刮板输送机：直线度控制：LSTM神经网络目录一、绪论41.1研究背景与意义.....1.2国内外研究现状........1.2.1工作面直线度感知技术研究现状....1.2.2工作面直线度控制技术研究现状..51.3研究目标与主要内容...1.3.1研究目标.....51.3.2主要研究内容...6二、组合导航系统理论基础....2.1工作面坐标系建立与转换.…62.1.1坐标系定义..62.1.2坐标系转换......72.2基于捷联惯导的采煤机定位更新算法.......82.2.1捷联惯导定位原理....82.2.2姿态更新算法.....2.2.3速度更新算法...·82.2.4位置更新算法..........92.3基于航位推算的采煤机定位更新算法........92.3.1航位推算原理..·92.3.2速度更新算法......102.3.3位置更新算法.......102.4基于卡尔曼滤波的组合定位方法.…102.4.1卡尔曼滤波基本原理..................102.4.2组合定位系统建模..11三、基于抗差容积卡尔曼滤波的采煤机定位方法…123.1捷联惯导系统误差传播分析..123.1.1姿态误差模型...123.1.2速度误差模型...123.1.3位置误差模型..133.1.4惯性传感器误差模型............…133.2容积卡尔曼滤波的组合定位方法..133.2.1组合定位滤波器设计.......…133.2.2容积卡尔曼滤波原理.....................143.3基于抗差容积卡尔曼滤波的组合定位方法..........153.3.1组合状态有效性判断..153.3.2抗差处理策略....153.4算法验证.….163.4.1仿真验证...163.4.2实验验证.....163.5本章小结.…17四、刮板输送机直线度控制系统设计..」174.1综采工作面直线度控制方案............174.2直线度误差分析与量化评价.................174.2.1直线度误差来源...174.2.2直线度误差量化方法..174.3液压支架推移误差分析..·.184.3.1中部槽联动效应误差....184.3.2液压支架销耳间隙误差.......194.4基于LSTM神经网络的位移控制模型.......·194.4.1模型结构设计....194.4.2仿真验证.....204.5自动调直工艺流程设计..204.5.1工艺原理....204.5.2多刀调直策略...21五、实验装置设计与实现..215.1实验装置总体方案..215.2硬件系统设计...............215.2.1器件选型....215.2.2硬件电路设计..225.3软件系统设计......225.3.1上位机软件设计....225.3.2上下位机通信协议设计..235.3.3软件抗干扰设计....235.4系统联调与功能测试..·235.4.1硬件调试...235.4.2软件调试.....235.4.3整体功能测试...245.5本章小结.…....24六、工作面直线度控制实验方案及结果分析...........246.1实验平台与方案设计......246.2实验结果与分析.256.3实验结论....28七、结论与展望..287.1研究结论..287.2研究展望..........29参考文献.…….31致谢.....33