基于PCC的纵轴式掘进机自主截割控制系统研究.pdf

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1、煤炭工程第４８卷第６期ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ?４８，Ｎｏ?６ｄｏｉ：１０?１１７９９／ｃｅ２０１６０６０４０基于ＰＣＣ的纵轴式掘进机自主截割控制系统研究王苏彧，吴淼（中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京１０００８３）摘要：以典型的纵轴式掘进机为研究对象，详细的介绍了系统的控制原理，并采用了ＰＣＣ＋智能工控面板的控制模式对系统进行了搭建。对三项关键技术之一的截割轨迹规划进行了重点研究：分析了煤岩硬度与截割臂摆速、截割电机转速之间的关系，并以此为依据对影响截割的环境因素进行建模；采用栅格法建立了巷道断面栅格地图，基于该地图规划躲避夹矸位置的截割轨迹；依照截割工序，按照煤层软硬

2、程度不同，分别规划了相应的截割轨迹及自动控制流程；分析了掘进机机身位姿偏差对截割轨迹的影响。研究结果表明：掘进机自主截割控制系统已初步搭建，有待开展另外两项关键技术的研究及井下工业性试验。关键词：自主截割；纵轴式掘进机；截割轨迹规划；断面栅格地图中图分类号：ＴＤ４２１?５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０９５９（２０１６）０６⁃０１３２⁃０４ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓｃｕｔｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｏａｄｈｅａｄｅｒｂａｓｅｄｏｎＰＣＣＷＡＮＧＳｕ－ｙｕ，ＷＵＭｉａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉ

3、ｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｏａｄｈｅａｄｅｒｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈＰＣＣａｎｄｐｏｗｅｒｐａｎｅｌ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｕｔｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｉｓｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏａｌｈａｒｄｎｅｓｓ，ｓｗａｙｉ

4、ｎｇｓｐｅｅｄｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｒｍａｎｄｒｅｖｏｌｖｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｍｏｔｏｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｉｓｍｏｄｅｌｅｄ．Ｇｒｉｄｍａｐｏｆｒｏａｄｗａｙｓｅｃｔｉｏｎｉｓｂｕｉｌｔｕｓｉｎｇｇｒｉｄｍｅｔｈｏｄ，ｃｕｔｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｓｐｌａｎｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｐｗｈｉｃｈａｖｏｉｄｓｔｈｅｄｉｒｔｂａｎｄ．Ｃｕｔｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｆｌｏｗａｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙｓｅｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏ

5、ｃｅｓｓｅｓａｎｄｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏａｌｈａｒｄｎｅｓｓ．Ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｃｕｔｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃａｕｓｅｄｂｙｒｏａｄｈｅａｄｅｒｂｏｄｙｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅｉｓｆｉｎａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐｉｎｉｔｉａｌｌｙａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｔｅｓｔｓａｒｅｔｏｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｃｕｔｔｉｎｇ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｏａｄｈｅａｄｅｒ；ＰＣＣ；ｃｕｔｔｉｎｇ

6、ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ；ｓｅｃｔｉｏｎｇｒｉｄｍａｐ智能化掘进是指在不需要人工直接干预的情况下，通１系统功能设计过对掘进环境的智能感知、掘进装备的智能调控，由掘进［１，２］装备独立完成的自主巡航作业过程。其中，机器人化综１?１截割轨迹规划掘断面自动成形－自适应截割控制原理及实现方法是实现掘截割轨迹规划是将掘进机的截割轨迹按照某种设定的进自主作业、完成既定任务的基础性研究。为此，本文以性能指标（譬如时间、特定点、精度等）进行规划，使其截［５］典型的纵轴式掘进机为研究对象，采用先进的可编程计算割出规整断面的最优或次最优的无碰轨迹。具体内容包机控制器（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＣｏｍｐｕ

7、ｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，简称ＰＣＣ），括：①研究环境因素对截割轨迹数学模型的影响关系；②［３，４］研究掘进机机身位姿偏差对截割轨迹数学模型的影响关系；开展掘进机自主截割控制方法的研究。收稿日期：２０１６－０２－２２基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１４ＣＢ０４６３０６）作者简介：王苏彧（１９８７—），女，黑龙江鸡西人，博士，中国矿业大学（北京）在读博士后，主要研究领