采煤機(jī)定位技術(shù)作為長壁綜采工作面智能化開采的關(guān)鍵技術(shù)之一,對實(shí)現(xiàn)綜采工作面液壓支架、刮板機(jī)、采煤機(jī)的“三機(jī)”協(xié)同工作,以及采煤機(jī)截割滾筒的自動調(diào)高,刮板機(jī)的自動調(diào)直至關(guān)重要。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（簡稱慣導(dǎo),Inertial Navigation System,INS）和軸編碼器組合的定位方式是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)定位的有效方法,但慣性器件的漂移會造成慣導(dǎo)長時間運(yùn)行的累積誤差。在煤礦井下環(huán)境中,單一慣導(dǎo)定位精度難以大幅度提升。因此,在現(xiàn)有技術(shù)條件下立足慣導(dǎo)本身,在不借助外界信息輔助的情況下進(jìn)一步提高采煤機(jī)慣導(dǎo)定位精度,具有重要的意義。針對此問題,本文進(jìn)行了多慣導(dǎo)冗余的采煤機(jī)定位精度提升方法研究。主要完成了如下工作,并得出了相關(guān)結(jié)論:1.以慣導(dǎo)與軸編碼器組合的采煤機(jī)定位技術(shù)為基礎(chǔ)建立了采煤機(jī)多慣導(dǎo)冗余定位模型,以三套慣導(dǎo)的位置信息為狀態(tài)量,以三套慣導(dǎo)之間的距離為量測量,通過擴(kuò)展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter,EKF）,對采煤機(jī)的位置進(jìn)行估計(jì),再根據(jù)三套慣導(dǎo)的估計(jì)位置提出了三套慣導(dǎo)安裝于采煤機(jī)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸上時的姿態(tài)角解算方法。多慣導(dǎo)冗余定位算法的參量分析表明航向角、俯仰角、慣導(dǎo)之間的... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

綜采工作面示意圖(a)及綜采三機(jī)示意圖(b)

）。該系統(tǒng)具有可以接受的定位精度，但其以下幾點(diǎn)需要關(guān)注：1.定位的有效距離大約為21英尺（6.4m）；2.在不平的地面上激光掃描儀的激光束很容易掃描不到目標(biāo)靶；3.MCS隨著采煤機(jī)的推進(jìn)不能實(shí)現(xiàn)自動的跟進(jìn)；4.激光掃描儀的透鏡需要經(jīng)常清理。（5）基于超聲波的采煤機(jī)導(dǎo)航與定位1993年，美國礦務(wù)局的Strickland等人，測試了超聲波測距傳感器應(yīng)用于煤礦井下定位的性能[40]。實(shí)驗(yàn)中所使用的裝置由24個Polaroid超聲波測距傳感器按15°的間隔安裝在直徑為27英寸的玻璃纖維環(huán)上，并與一個數(shù)據(jù)收集和存儲的微型計(jì)算機(jī)相連（如圖1-2所示），該環(huán)安裝在連續(xù)采煤機(jī)的頂部。這些傳感器發(fā)送超聲波脈沖并解算反射波，并將各種障礙物的角坐標(biāo)傳遞給處理計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、相對廉價、對附近人員無害，有很少的移動部件，并且沒有需要清洗的鏡頭。并且該系統(tǒng)可以透過粉塵和煙霧，因?yàn)榭梢灾苯蛹稍诓擅簷C(jī)上所以不需要工人一直陪伴著這套系統(tǒng)的使用。該系統(tǒng)的問題有：不同表面的反射特性不同，精度的降低。例如，一些表面會吸收聲音的能量而不是將其反射回來，這會導(dǎo)致這些表面的測出值比實(shí)際值要遠(yuǎn)。圖1-2安裝在玻璃纖維環(huán)上的超聲波測距傳感器Figure1-2Ultrasonicdistancemeasuredsenorinstalledonglassfiberring

1緒論51997年Reid提出使用GroundProbingRadar（GPR）實(shí)現(xiàn)露天采煤的側(cè)邊導(dǎo)航[41]。該方法是利用煤柱的煤壁返回的強(qiáng)回聲測出采煤機(jī)機(jī)道和前一采煤機(jī)機(jī)道之間煤層的厚度。該系統(tǒng)使用時發(fā)現(xiàn)，天線必須挨近煤壁或是貼上煤壁。為了防止天線受到損壞，測量過程中采煤機(jī)不能運(yùn)動，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量。不過鑒于其較高的測量精度，可作為一種輔助定位的手段。2010年張連昆[42]等提出一種基于超聲波的采煤機(jī)位置檢測系統(tǒng)，如圖1-3a所示。超聲波發(fā)射裝置安裝在工作面端頭橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的小橋上，以采煤機(jī)為超聲波檢測對象反射超聲波,如圖1-3b所示。由于非視距問題的存在，該技術(shù)具有一定的局限性，并且其定位精度比較低，很難滿足工作面自動化的要求[43]。(a)(b)圖1-3超聲波系統(tǒng)的安裝示意(a)俯視圖(b)正視圖Figure1-3Ultrasonicdistancemeasuredsysteminstallationschematicdiagram(a)Planview(b)Frontview（6）基于慣性的采煤機(jī)導(dǎo)航與定位采煤機(jī)的慣導(dǎo)定位一般采用的是捷聯(lián)慣導(dǎo)，基本原理是將陀螺儀以及加速度計(jì)固連在采煤機(jī)機(jī)身上，測量采煤機(jī)相對于慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度和加速度矢量，然后根據(jù)初始時刻載體的位置、速度及姿態(tài)，計(jì)算以后任一時刻采煤機(jī)相對于慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)角、速度和位置。對加速度進(jìn)行一次積分得到采煤機(jī)的速度，進(jìn)行二次積分得到采煤機(jī)的位置。經(jīng)過坐標(biāo)的變換可以將姿態(tài)、速度和位置變換到需要的參考坐標(biāo)系[44-48]。上世紀(jì)80年代起，美國的USBM在煤礦遠(yuǎn)程控制和自動化方面做出了開拓性的試驗(yàn)，其中煤礦慣性技術(shù)測試是重要研究內(nèi)容，但由于其該系統(tǒng)獲得的精度不高，并沒有在煤礦展開應(yīng)用[49-51]。之后為了確定最適合采煤機(jī)的定位技術(shù)，國立職業(yè)安全與健康研究所（NIOSH）的研究人員測試了許多傳感器，最終選擇了?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差抑制及補(bǔ)償方法研究[D]. 李久順.哈爾濱工程大學(xué) 2018
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碩士論文
[1]水下SINS/TAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)的地形適配性研究[D]. 周月華.東南大學(xué) 2018
[2]采煤機(jī)動態(tài)精準(zhǔn)定位方法研究[D]. 張博淵.中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[3]采煤機(jī)采區(qū)絕對定位定姿技術(shù)研究[D]. 李昂.中國礦業(yè)大學(xué) 2015
[4]采煤機(jī)運(yùn)行姿態(tài)及位置監(jiān)測的研究[D]. 安美珍.煤炭科學(xué)研究總院 2009



本文編號：3333859