改进型采煤机滚筒调高记忆程控策略.pdf

第 4 3卷 第 1期 2 0 1 7年 1月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ．I J a n ．2 0 1 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 3 4 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 0 9 刘庆国， 曹鹏． 改进型采煤机滚筒调高记忆程控策略[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 3 4 3 7 ． 改进型采煤机滚筒调高记忆程控策略 刘庆 国 ， 曹鹏 中煤 科工 集 团上海研 究 院 ，上海2 0 0 O 3 0 摘要 为 了提 高采煤机 滚 筒 高度 调整 的精 确性 ， 给 出了采 煤机 滚 筒静 态调 高模 型 ， 分析 了液 压调 高 系统 的响 应 时间与 记忆程 控 策略 的关 系， 提 出了考虑液 压 系统 响应 时 间的改 进 型记 忆程 控 策 略 。该 策略 将 滚 筒 高度 变化 简化 为线性 变化 ， 可在 一 定程 度 上避 免 滚 筒调 高过 程 中 出现截 割 顶 板 的 现 象 ， 提 高 了截 割 的 安 全 性 ， 且具 有算 法 简单 、 调 高精度 高等优 点 。 关键 词 煤炭 开采 ； 滚 筒调 高 ；记 忆程控 策略 ；响应 时间 ；调 高精度 中图分类 号 TD 6 3 2 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 6 1 2 3 O O 9 4 6 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 1 2 3 0 ． 0 9 4 6 ． 0 0 9 ． h t ml I mp r o v e d me mo r y p r o g r a m c o n t r o l s t r a t e g y o f h e i g h t a d j u s t me n t o f s h e a r e r r o l l e r LI U Qi n g g u o ， C AO P e n g C CTEG S h a n g h a i Re s e a r c h I n s t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e a c c u r a c y o f h e i g h t a d j u s t me n t o f s h e a r e r r o l l e r ，s t a t i c h e i g h t a d j u s t me n t mo d e l o f s h e a r e r r o l l e r wa s g i v e n ，r e l a t i o n s h i p b e t we e n r e s p o n s e t i me o f h y d r a u l i c h e i g h t a d j u s t me n t s y s t e m a n d m e m o r y pr o gr a m c on t r o l s t r a t e gy wa s a n a l y z e d， a n d i mp r o v e d m e m o r y pr o gr a m c on t r ol s t r a t e g y whi c h c o ns i d e r e d r e s p o ns e t i me o f hy dr a u l i c s ys t e m wa s p r op o s e d． The i m p r o ve d s t r a t e gy s i m p l i f i e s r ol l e r he i ght v a r i a t i o n t o l i ne a r v a r i a t i on，c a n a v o i d p he no m e no n o f c u t t i n g r o o f du r i ng p r o c e s s o f r o l l e r h e i g h t a d j u s t me n t ．I t i mp r o v e s c u t t i n g s a f e t y ，a n d h a s a d v a n t a g e s o f s i mp l e a l g o r i t h m a n d h i g h a d j u s t me n t p r e c i s i o n． Ke y wo r d s c o a l mi n i n g；r o l l e r h e i g h t a d j u s t me n t ；me mo r y p r o g r a m c o n t r o l s t r a t e g y ；r e s p o n s e t i me ； a d j u s t me n t p r e c i s i o n 收稿 日期 2 O 1 6 一 O 7 1 9 ； 修 回日期 2 0 1 6 1 2 0 3 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家高技术研究发展计 划 8 6 3计划 项 目 2 0 1 2 AA0 6 A4 0 6 。 作者简介 刘庆国 1 9 8 9 一 ， 男 ， 黑龙江 哈尔滨 人 ， 助理 工程师 ， 主要从 事采煤 机械及 液压 系统设计 工作 ， E ma i l 3 4 7 2 7 4 0 9 6 q q ． c o rn。通 信 作者 曹鹏 1 9 9 0 一 ， 男 ， 河南驻 马店人 ， 助理工程师 ， 硕士 ， 主要从事采煤机械设计工作 ， E ma i l c a o p e n g 2 0 1 3 1 2 6 ． c o rn。 [ 6] 赵容娇 ， 何金龙 ， 李琛 ， 等． L 一 和 D L - 福多司坦 的太赫 兹光谱分析 [ J ] ． 物理化学学报 ， 2 0 1 1 ，2 7 1 2 2 7 4 3 27 48 ． [ 7] 周 永军 ， 刘劲松 ， 王可嘉 ， 等． 基于太赫兹谱分析中药 材鉴别 [ J ] ． 光谱 学与光谱分析 ， 2 0 1 4 7 1 8 4 0 1 8 4 3 ． [ 8] 杨 成全 ， 孟 田华 ， 卢玉和． 云冈石窟石质 、 降尘样品的 太 赫兹 光谱 分 析I- J ] ． 山西 大 同大学 学 报 自然科 学 版 ，2 0 1 1 ，2 7 2 1 7 1 9 ． [ 9] 宝 日玛 ，赵 昆 ，赵 卉． 岩 石 的太 赫 兹光 谱 特性 研 究 [ J ] ． 现代科学仪器 ， 2 0 1 3 4 2 2 8 2 3 0 ． [ 1 O ] 许长虹 ， 滕学 明， 赵卉 ， 等． 煤炭 中氢含量与挥发分 的 [ 1 1 ] [ 1 2 ] l- l a ] 太赫兹时域光 谱研究 I- J ] ． 现代 科学 仪 器 ，2 0 1 3 4 2 2 8 2 3O ． 王听，苗曙光 ，丁恩 杰． 煤 岩介 质在太赫 兹频段 的介 电特 性 研 究 [ J ] ． 中 国 矿 业 大 学 学 报 ，2 0 1 6 4 7 39 7 46． 谢 静 ，谭 佐 军 ，陈 阳 ， 等． Hi l b e r t - Hu a n g变 换 分 析 T Hz 脉 冲 信 号 的 时 频 特 性 [ J ] ． 强 激 光 与 粒 子 束 ， 2 O 1 4 ，2 6 7 1 3 1 1 3 5 ． 钟佑明 ， 秦树人 ， 汤宝平． Hi l b e r t - Hu a n g变换 中的理 论研究I- J ] ． 振动与冲击 ， 2 0 0 2 ， 2 1 4 1 3 1 7 ． 2 0 1 7年 第 1 期 刘庆 国等 改进 型采 煤机 滚筒调 高记 忆程控 策略 3 5 0 引言 随着现代煤矿向高产高效的方向发展及大功率 综 采技 术 的提高 ， 大 功率 电牵 引 采煤 机 的研 究设 计 也趋向于 自动化 、 智能化l 1 _ 3 l 。采煤机 自动调高技术 的关键 问题 之一 在于截 割过 程 中对 煤岩 体分 界 的识 别 ， 但 目前还没有一种稳定、 可靠的煤岩体分界识别 传感器 。滚筒 间接 检测调高技术避开 了煤 岩体识 别 ， 近年来 得到 了越来 越多 的重视 和发 展 ， 如滚筒 调 高记忆 程控 法 已在实 际生产 中得 到 了一 定应 用[ 4 。 ] 。 在 高速电牵引采煤机牵引截割过程 中， 当水平 牵引速度较快时， 液压系统 的响应时间会对滚筒水 平位移 和竖 直位 移产 生 一 定 的影 响 ， 尤 其 当采 样 区 间较小 且采 样 区问 两端 点 煤 层 落差 较 小 时 ， 这 种影 响更加 显著 ] 。常规型记 忆程 控策 略没有 考虑 液压 调高 系统 响应 时间 ， 为 了提 高螺 旋 滚筒 高度 调 整 的 精确性 ， 本 文提 出 了考 虑 液压 系统 响应 时 间 的改 进 型记忆 程 控策 略 。 1 采煤机 滚筒 调高机 构静 态模型 采煤机螺旋滚筒调高系统简图如图 1 所示。将 滚筒调高量分解为水平位移 s 和垂直位移 s f s h 洱仇 1 l S 一 b t c o s 式 中 为采 煤 机 牵 引 速 度 ； 为 滚 筒 摆 动 速 度 ； t 为采 煤机 行走 时 间 ； a为大摇 臂 与水平 方 向夹角 。 h 、 S 、 、S 图 1 采 煤 机 螺 旋 滚 筒 调 高 系 统 简 图 若 采 煤 机 在 一 个 采 样 间 隔 A x 内行 走 速 度 恒 定 ， 则 有 一 2 结合式 1 和式 2 可得 j s h _ bSi ㈤ l S 一 b A x c o s d 假设螺旋滚筒位移调整在一定范围内为直线调 整 ， 即 斜 率 K K 一 为 常 数 ， 则 滚 筒 在 相 应 采 样 区间 内的静态 调整模 型 为 AH 一 KAx ￡ 4 式 中 △H 和 A x t 分 别为 时 间 t 内滚 筒调 高量在 竖 直方 向和水 平 方 向的分量 。 当 A x t 一0时 ， △ H 一0 ； 当 A x ￡ 一A x时 ， 理 想情 况下 △ H 一△H， △ H 为 采 样 间 隔两 端 点 实 际 位置高度差。若实际煤层顶板在两采样点间滚筒位 置呈 线性 变化 ， 则滚 筒高 度位置 采样 线性 方程为 △ H 一全 旦△ z 5 ／ Xx △ H由采样 间隔顶板 的变化差决定 。式 4 为 上一截割循环的采样规律， 它可以作为下一个截割 循环 的控 制参 照规律 ， 式 4 和式 5 决 定 了控 制 策 略的制定 ] 。但 实际情 况下 由于采煤机行走 速度 的不 确定 性 ， 即 在 2个 截割循 环 的同一对 应采 样 区 间内不 同 ， 可 能导 致 采 煤 机滚 筒 高 度 变化 曲线 的斜 率 出现 以 下 3种情 况 K ； K 时 ， 控 制策 略 如 图 2所 示 ， 其 中 z H 为 滚筒垂 直位 移 ， z为滚筒水 平 位移 。 曲线 Y 为 在本次截割循环中采煤机滚筒 的实际截割曲线 ， 曲 线 为上 一 次记 忆 截 割 的煤 层 厚 度 变 化 曲线 。为 了简化调 控策 略 ， 令 A x2一 A x～ Ax l 6 式 中 A x ， A x 分 别 为采煤 机 第 1次 、 第 2次调 高结 束 时滚 筒 的水 平位 移 。 0 图 2 K_A H时的常规型控制策 略 凸X 为了使采煤机滚筒运动轨迹在一个采样区间内 与前一次滚筒截割轨迹误差更小 ， 即使螺旋滚筒实 3 6 工矿 自动 化 2 0 1 7年第 4 3卷 F △ z 一 K △ z 一 A H △ z 。 [ K △ z 一 △ z 一 卜m in 7 令 _o ， 可得 一 AH ㈣ 1一 2 当 K AH时 此 时 A HA H ，控制策略 如 图 3所示 。当 K 时的改进型控制策略 为 了使采 煤 机滚筒 运 动轨迹 在一 个采 样 区间 内 与前 一 次滚筒 截 割 轨迹 误 差 更 小 ， 即使 螺 旋滚 筒 实 际截割 的折 曲 线 和 上 次 采 样 记 忆 的折 曲 线 误 差 更 小 ， 由图 5 可知 ， 也就是要使折线 AC A C 逼近曲线 y 。 ， 在此采 用 最小二 乘法 进行 拟合 ， 即 f 厂 一 [ A X 3 ／X l1]2 t A H I去 垒 三 垒 A H H z K 一 A x r洲 n 令 _o ， 可 得 一 一 一 一 1 1 1 2 1 3 一 ]● ●j △ ] ● ● ● ● ● ● j H △ 一 2 0 1 7年 第 1 期 刘庆 国等 改进 型采 煤机 滚 筒调 高记 忆程 控 策略 3 7 △ z 。一 A x一面A H 一△ z 1 4 2 当 K A H时 此 时 A H一△ H ，控 制 策 略 如图 6 所示 。当 K AH时 ，出现 与常规控 制策略 相 同 的情 况 ， 即在 一个 采 样 区间 内滚 筒 调 高 竖 直位 移 无法 达到 预期 的煤层 高度 变化 ， 因此 ， 需要 将几个 采样区间合在一起分析调控策 略， 本文将 2个采样 区间合 在一 起进行 分析 。 图 6 K_A H时 的改进型控制策略 要 使 采煤机 在 2次调 高过程 中达 到预定 的煤 层 高度 变化 ， 需满 足式 1 5 K A 1 一 A x n一 A Hz z l 一 △ z AH 1 1 5 整理 式 1 5 可得 一 1 6 一 『 一 2△ ] c 7 3 当 K≈ 时 ， 控制策略如图 7所示 。当 K． A H时 ，调 控滚 筒截 割 曲线 与上 次采样 记忆 的折 曲线基 本吻合 ， 但考 虑 到液压 系统 响应 时间 的影 响 ， 为 了提 高滚 筒调 高精 度 ， 电磁 阀不 应像 常规 控 制 策 略那样 在采 样 区间 的端 点 处关 闭 ， 而要 在 到 达 采 样 区间端点前就关闭， 借助液压系统关闭响应时间使 滚筒继续上升到预期高度或预期高度范围内。图 7 中， K 和 K 分别代表 2种近似于 的斜率 ， 其 中 对应于斜率 K 的采煤机水平牵 引速度略大于对应 于斜率为 K 的采煤机水平牵引速度， A x 和 A x 均表示 液 压 系 统 开 启 响 应 时 间 内滚 筒 水 平 位 移 ， A x 和 △ z 均 表示 液 压 系统 关 闭 响应 时 间 内滚 筒 水平 位移 。 图 7 K≈_A H时的改进 型控制策 略 △z 若采煤机滚筒调高误差 为△ P， 则 由图 7可 知 ， 要使 误差不 超 出控制 范 围 ， K 应该 满足式 1 8 K 和 K 时 均 处于 2个 采样 点煤 层 厚 度 变 化线 的下 方 ， 在一 定 程度上可避免滚筒调高过程 中出现截割顶板 的现 象 ， 提高 了截割的安全性。该改进型记忆程控策略 将滚筒高度变化简化为线性变化 ， 具有算法简单、 调 高精度高等优点 ， 为 自动化调高 中记忆截割调高程 控策 略的制 定提 供 了一定 的参 照 。 参考文献 E l i 马洪礼 ， 司凯 文 ， 吕东跃． 无人工作 面智 能化采煤 机监 控系统 的研发[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 4 ， 4 2 9 6 7 7 1 ． [ 2 ] 龙钢． 我国大功率采煤 机 的技 术现状 及发展 方 向[ J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 0 9 ， 3 7 2 4 1 4 1 7 ． [ 3 ] Hu s Y．P r e s e n t s i t u a t i o n a n d d e v e t o p i n g t r e n d o f c o a l mi n e a u t o ma t i o n a n d c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y [ J ] ．J o u r n a l o f C o a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g C h i n a ， 2 0 0 8 ，1 4 3 4 8 9 4 9 1 ． [ 4 ] 刘春生 ， 侯清泉． 采煤机滚筒 自动调高记忆程控再现模 式E J ] ． 煤矿机 电， 2 0 0 4 5 2 2 2 4 ． [ 5 ] 夏新君． 采煤机滚 筒 自动调 高技术 的分 析[ J ] ． 机械 与 装 备 ， 2 0 1 3 5 2 7 3 ． [ 6 ] 朱志英． 基于模糊 P I D算 法 的采煤 机记忆截 割路径 自 适应研究 E J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 0 7 9 8 2 ． [ 7 ] 李春华 ， 刘春生． 采煤机滚筒 自动调高技术 的分析[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 5 ， 3 1 4 4 8 5 1 ． [ 8 ] 刘春生 ， 荆凯 ， 杨秋． 采煤机滚 筒调 高截 割记 忆程控 的 控制策略[ J ] ． 辽宁 工程技术 大学 学报 自然科学版 ， 2 0 0 7， 2 6 5 7 5 1 7 5 3 ． [ 9 ] 荆凯 ． 采煤 机 记忆 程 控模 型 分 析及 控制 策 略 的研 究 [ D ] ． 哈尔滨 黑龙江科技学院 ， 2 0 0 7 ．