基于改进模拟退火算法的采煤机滚筒调高优化研究

针对传统的采煤机滚筒调高技术存在着稳定性低,跟踪性能差的问题,提出一种基于改进的模拟退火算法的采煤机滚筒调高控制策略。使用改进的模拟退火算法,以ITAE作为调高系统的性能指标,寻优得到采煤机调高系统PID控制参数。通过MATLAB的simulink工具箱建立控制系统仿真模型,该控制策略具有更好的鲁棒性和信号跟踪能力,可以为煤炭的高效生产提供依据。     

采煤机调高过程PID参数优化

针对采煤机调高系统响应慢、精度低和抗干扰性差等问题,提出了一种鲸鱼优化算法,利用其对采煤机调高系统PID控制器的参数进行整定,并在MATLAB中进行仿真,同时与其他控制算法进行对比。结果表明,采用鲸鱼算法进行PID参数整定的采煤机调高系统动态性能得到提高,具有泛化能力强、超调量低和稳定性高等优点。     

基于专家PID采煤机滚筒调高控制技术的研究

针对采煤机传统PID调高技术控制滞后和稳定性较差的问题,提出了一种基于专家PID的调高控制技术,设计了专家控制规则,根据当前控制状态对PID控制器参数实时修正,优化了调高系统的动态性能。建立了采煤机滚筒调高数学模型,并在Simulink中搭建了专家PID调高仿真模型,进行了阶跃响应和路径跟踪实验。结果表明,基于专家PID的采煤机滚筒调高控制技术响应速度更快,抗干扰性更强,路径跟踪性能更好,为提高采煤机滚筒调高控制系统智能化水平提供了理论支持。     

基于模糊控制的采煤机调高闭式泵控液压系统特性研究

采煤机作为一种常用的煤矿开采设备,通常采用调高液压系统完成摇臂的上升和下降动作,需要实现精确可靠的位置控制。并且大惯量摇臂装置在举升过程中积累了大量的重力势能,这部分能量在下降过程中通过调高液压系统耗散到环境中,不仅造成了能量浪费,还使油温升高,降低了液压元件的使用寿命。故提出基于模糊控制策略的采煤机闭式泵控液压系统,采用模糊控制策略提高系统的控制精度,通过蓄能器回收利用摇臂在举升过程中积累的势能。     

基于单神经元PID的采煤机滚筒调高控制系统

针对采煤机自动调高控制系统的工作特点和控制要求,分析了采煤机滚筒调高系统的组成结构和工作原理,然后对调高控制系统的控制原理、各元件传递函数、系统传递函数框图等进行了研究,并进一步分析了单神经元PID算法的实现原理。在此基础上,利用Simulink软件分别建立了基于常规PID算法和单神经元PID算法的系统仿真模型,仿真结果显示,单神经元PID优化算法比常规PID算法有更快的响应速度和更小的超调量,且抗负载干扰能力更强,能快速达到系统稳定状态,因此更加适合滚筒调高自动控制。     

基于分段自适应鱼群算法的煤矿救援机器人路径规划

针对基本人工鱼群算法全局最优解精度不高,后期收敛效率降低等问题,笔者设计了人工鱼的视野与步长分段自适应策略用以改进基鱼群算法。根据煤矿救援环境的特点,在二维平面内建立环境模型,采用威胁区域距离检测的方式处理优化约束条件,并将改进后的鱼群算法应用于煤矿救援机器人路径规划。仿真结果表明,分段自适应鱼群算法性能明显优于基本鱼群算法。     

基于自动化控制的采煤机滚筒调高策略

主要研究了基于自动化控制的采煤机滚筒调高策略。建立了采煤机调高系统的闭环传递函数,通过闭环传递函数得到了采煤机滚筒调高系统的状态空间方程,通过对采煤机滚筒调高系统中调高控制器进行设计,引入了滑模变结构控制器,得到了采煤机滚筒调高系统的滑移面切换函数。在此基础上对采煤机调高系统进行模拟仿真。     

基于BP神经网络的采煤机自动调高PID控制系统研究

由于采煤机记忆截割技术应用在复杂煤层中具有局限性,提出一种基于BP神经网络的PID控制器,对采煤机的液压自动调高系统进行优化。通过BP神经网络的预测控制原理,改进PID控制器参数。搭建了采煤机滚筒调高PID控制实验系统,并进行了阶跃响应实验和跟踪性能实验。结果表明,相比于传统PID控制器,改进的PID控制器响应更为平稳、跟踪性能更加优越,能更好地满足采煤机在复杂工况下的自动调高要求。     

基于粒子群模糊PID的采煤机自动调高控制系统研究

针对传统PID调高控制精度低和延时长的问题，引入粒子群模糊控制理论，改善系统输出的准确性和跟踪性能。首先研究了采煤机自动调高系统的数学模型，然后分析传统PID和粒子群模糊PID算法的原理，设计了粒子群模糊PID控制器，最终使用Simulink进行仿真。结果表明，相比于传统PID和模糊PID算法，该方法在准确性、快速性和抗干扰能力上都有所提高。     

电牵引采煤机滚筒调高液压系统的改进

分析了电牵引采煤机调高液压系统存在的问题,找出轴向柱塞泵和调高电磁换向阀失效的原因;从降低采煤机故障率的角度出发,提出了调高液压系统采用齿轮泵和电液控制换向阀的改进方案。     

复杂煤层条件下采煤机自适应截割控制策略

采煤机是综采工作面的核心装备,复杂煤层条件下,其工况恶劣、环境复杂,采掘装备智能化程度不高,导致我国煤矿开采灾害多、煤机适应性不强、故障率高、效率低,提高煤机装备的可靠性与适应性是煤矿智能化发展的主要任务之一。采煤机工作机构与复杂煤层耦合作用机理及煤岩截割状态与动力传递系统的导控机制,是实现采煤机智能高效截割的关键。基于虚拟样机技术、模糊控制技术,结合数据自适应加权融合算法、深度强化学习算法,采用多领域建模与协同仿真及试验分析相结合的方法,构建机-电-液-控一体化的采煤机自适应截割系统模型,研究其自适应截割控制策略。利用AMEsim建立调高液压系统模型,并与EDEM-RecurDyn煤岩截割双向耦合模型集成;根据煤层实际赋存条件划分煤岩坚固性系数等级范围,以采煤机综合性能最优为目标,利用改进的MOGWO（Multi-Objective Grey Wolf Optimizer）算法对采煤机的牵引速度和滚筒转速进行分级优化。以采煤机截割部的时域振动信号作为煤岩截割状态识别的特征参数,运用数据自适应加权融合算法对其进行融合处理;以特征参数融合值为依据利用模糊控制实现煤岩截割状态的智能识别;利...     

基于LoRa技术通信的采煤机姿态感知系统设计

为实现采煤机滚筒智能调高与远程控制记忆截割煤等功能,需获取采煤机精确姿态信息。设计一种基于LoRa技术通信的采煤机姿态感知系统。考虑井下工作条件恶劣、通信干扰因素多等特点,该系统采用抗振倾角传感器精确获取采煤机姿态信息,利用LoRa技术并结合滤波算法来提高系统的通信距离,实现采煤机滚筒智能调高和记忆截割煤的远程控制。通过在黄陵1#煤矿井下进行实际测试,结果表明,该系统在井下恶劣环境中获取的采煤机姿态信息精确,传输距离可达140 m,可以满足工作面远程控制需求。     

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。     

不同截割工况下变速截割采煤机截割性能多目标优化

为了在不同截割工况下实现采煤机安全运行和高效生产,以牵引速度、滚筒转速为优化变量,以齿轮动载荷、采煤生产率、块煤率以及截割比能耗为子目标,建立了采煤机截割性能多目标优化模型;提出了基于权重系数轮换的各性能子目标权重系数的寻优方法,以确定适应不同截割工况的最优权重组合。利用遗传算法优化得到正常煤层、夹矸煤层和岩石断层工况下随截割阻抗变化的最优牵引-截割运动参数,并对比分析最优运动参数控制和传统牵引调速控制下采煤机的截割性能。结果表明,与传统牵引调速控制相比,采用最优运动参数控制不但明显提高了正常煤层和夹矸工况下的采煤经济性能,而且可安全快速通过断层区;此外,滚筒转速在24 r/min附近时截割传动系统出现局部共振,因此滚筒变速截割时应避免在共振转速下运行。所得结果为采煤机自适应变速截割的实施提供参考。     

基于煤层地质模型的采煤机绝对定姿定位方法的研究

针对目前采煤机定位定姿数据无法满足综采工作面生产过程中实用性、精确性的要求,根据采煤机与工作面煤层之间的空间位置关系,提出了基于煤层地质模型的采煤机绝对定位定姿方法。首先利用工作面煤层地质数据,生成精确的煤层地质模型;然后深入研究采煤机自主导航参数解算的原理,并在此基础上对惯导系统的参考坐标系进行了调整;通过采煤机位姿数据和煤层地质数据相互融合,实现了采煤机的绝对定位定姿和对煤层地质数据感知,为采煤机滚筒实现自适应截割提供技术支撑;最后在山西某自动化工作面进行了工业性试验。     

基于混沌粒子群算法的采煤机优化设计

为了能够提高采煤机的性能,利用混沌粒子群优化算法对采煤机螺旋滚筒进行了优化设计。讨论了采煤机螺旋滚筒的优化数学模型;分析了混沌粒子群算法的基本原理;利用MATALAB软件编制优化设计程序,对采煤机滚筒进行了优化设计。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计

为实现采煤机螺旋滚筒在复杂煤层赋存条件下综合性能最优,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到了含坚硬夹矸及(或)硫化铁结核的复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了采煤机薄弱环节;结合EDEM离散元技术得到采煤机装煤性能。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析了螺旋滚筒设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建了螺旋滚筒多目标优化设计评价函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的螺旋滚筒最大应力下降,装煤率提高,螺旋滚筒综合性能得到提升,可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,为采掘机械设备的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑,具有普适性。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。