矿井巷道掘进机截割头运行轨迹跟踪策略.pdf

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1、第33卷第5期计算机仿真2016年5月文章编号：1006—9348(2016)05—0285—05矿井巷道掘进机截割头运行轨迹跟踪策略王福忠，高颖(河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000)摘要：为了实现矿井巷道断面的自动精确成形，首先要研究掘进机截割头运行轨迹的跟踪策略。由于掘进机截割臂系统存在重复性、非线性和不确定性等特点，使截割头不易精确跟踪目标轨迹，出现超割或欠割现象，导致掘进机截割头的截割精度低，矿井巷道断面的自动成形质量低。为了完成对目标轨迹的精确跟踪，在截割头运行轨迹的跟踪策略中采用PD型迭代学习控制算法。根据

2、拉格朗日法建立掘进机截割臂系统的动力学模型，并设计相应的PD型迭代学习控制器。仿真结果表明随着迭代学习次数的增加，跟踪曲线逐渐向期望的目标轨迹逼近，跟踪误差逐渐趋近于零。证明了PD型迭代学习算法对截割头运行轨迹精确跟踪的有效性，为煤矿井下掘进机断面自动成形研究提供了理论基础。关键词：截割臂系统；轨迹跟踪；动力学模型；迭代学习控制中图分类号：TP242文献标识码：BRunningTrackingStrategyofRoadheaderCuttingHeadinCoalMiningWANGFu-zhong，GAOYing(SchoolofEl

3、ectricalEngineeringandAutomation，HenanPolytechnicUniversity，JiaozuoHenan454000，China)ABSTRACT：Inordertoachievetheautomaticandprecisecross-sectionshapinginthecoalmine，therunning叫-ectorytrackingstrategyofroadheadercuttingheadisstudiedprimarily．Owingtotherepeatability，nonlin

4、earityanduncertaintyexistinginthecuttingarmsystemofroadheader，thecuttingheadcannottrackthetargettrajectoryaccu。rately，leadingtothephenomenonofover-cuttingorunder-cutting，whichresultinlowprecisionofcuttingandlowqualityofcross—sectionshaping．Toaccomplishtheaccuratetracking，

5、aPD—typeiterativelearningcontrolalgorithmisusedinrunningtrajectorytrackingstrategyofroadheadercuttinghead．ThekineticmodelofcuttingarnlsystemisestablishedusingLagrangeequation，andtheappropriatePD-typeiterativelearningcontrollerisdesigned．Thesimu—lationresultsindicatethatth

6、etrackingerrordecreaseswiththeincreaseoflearningtimes，andthetrackingcurveap-proachestothedesiredtargettrajectorygradually．ThemethodofPD—typeiterativelearningiseffectiveinaccuratetracking．KEYWORDS：CuttingarInsystem；Trajectorytracking；Dynamicmodel；ILC1引言悬臂式掘进机作为矿业开采中的重要机械设备

7、，主要用于矿井巷道开掘工程⋯。随着悬臂式掘进机朝着智能化机器人化发展，巷道掘进也朝着无人化或少人化的方向发展，巷道断面自动精确成形控制成为一个研究重点。煤矿井下巷道断面的自动成形控制，是通过分别控制截割臂系统在水平方向和垂直方向上的摆动，使截割头跟踪规划路径从而实现给定的矿井巷道断面形状。因此，如何实现截割头自动精确跟踪目标轨迹成为首要问题。目前悬臂式掘进机巷道断面截割采用的主要操作方式仍是人工操作，断面成形的质量主要由人为主观因素决定，基金项目：国家自然科学基金(61203065)收稿日期：2015—07—10修回日期：2015-07—

8、28会出现超割或欠割的现象，导致截割精度低，浪费人力资源和成本投人江J，而且关于实现掘进机自动截割控制的研究还不是很多。文献[3]建立了掘进机截割系统的动力学模型，探讨了正常工作状况下截割头的