煤矿掘进机行走轨迹模糊控制策略的研究

论文摘要

随着我国煤矿安全生产的需要和生产能力的提高，悬臂式掘进机在采矿工程中的应用越来越广泛，已经成为现代化矿井不可缺少的生产设备，目前，掘进机正朝着大功率,重型化，自动化，智能化的方向发展，提高我国掘进机的自动化水平成为当前采矿和地下工程的一大重要课题。而研究掘进机的行走轨迹的自动跟踪已经成为实现掘进机自动化的关键技术之一。本文首先介绍了全站仪的测量方法，测量了掘进机的位置和方向。介绍了掘进机的行走机构构成，分析掘进机液压行走驱动系统的工作原理并对其进行数学建模,，建立掘进机轨迹跟踪的数学模型以及机体自身运动数学模型，并与液压系统相结合，提出了掘进机轨迹跟踪的控制算法。采用双层模糊控制的方法，一层为以掘进机机体中线与预定轨迹之间的位置偏差和方位角偏差为输入，掘进机的左（右）履带速度改变量为输出，设计轨迹跟踪模糊控制器，通过改变掘进机的两履带行走速度改变掘进机行走方向，使掘进机沿着预定路径前进，消除位置偏差和方位角偏差。另一层以依靠掘进机液压系统驱动的履带的预定行走速度与实际速度之间的偏差以及偏差的变化率为输入，以电液比例阀的输入电压为输出设计速度模糊控制器，以此来控制液压系统，使掘进机按照预定的速度行走。利用MATLAB软件对掘进机轨迹跟踪模糊控制算法仿真，验证控制算法的正确性，建立各个模块的simulink仿真模型，通过仿真可以看出，掘进机能够很好的沿着预定路径前进，位置偏差与方位角偏差达到了控制精度要求。所采用控制算法可以实现掘进机行走轨迹的自动跟踪。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤矿掘进机的国内外研究现状
• 1.2.2 煤矿掘进机自动定位技术的国内外研究现状
• 1.3 目前需要解决的问题
• 1.4 本文的研究工作
• 2 掘进机位置和方向的自动测量方法的研究
• 2.1 全站仪测量方法
• 2.1.1 全站仪的基本概念
• 2.1.2 全站仪测量原理
• 2.2 本章小结
• 3 悬臂式掘进机液压行走驱动系统的建模
• 3.1 行走机构构成
• 3.2 掘进机行走液压系统工作原理
• 3.3 掘进机液压系统的数学建模
• 3.3.1 电液比例阀的结构和工作原理
• 3.3.2 液压马达的工作原理
• 3.4 阀控液压马达数学模型
• 3.4.1 电液比例方向阀的电压与阀芯位移关系式
• 3.4.2 电液比例方向阀的流量方程
• 3.4.3 液压马达的流量方程
• 3.4.4 液压马达的扭矩方程
• 3.4.5 电液比例方向阀的输入电压与液压马达角速度的传递函数
• 3.4.6 掘进机履带行走速度
• 3.5 本章小结
• 4 掘进机行走轨迹跟踪控制
• 4.1 掘进机轨迹跟踪模型的描述
• 4.2 掘进机机体运动模型
• 4.3 掘进机轨迹跟踪控制算法
• 4.5 本章小结
• 5 掘进机行走控制模糊控制器的设计
• 5.1 模糊控制的工作原理
• 5.2 路径跟踪模糊控制器的设计
• 5.2.1 模糊控制器的输入输出变量
• 5.2.2 输入变量的模糊化
• 5.2.3 模糊控制器的隶属度函数
• 5.2.4 模糊控制器的控制规则
• 5.2.5 模糊控制器的推理和判决
• 5.2.6 输出变量的清晰化
• 5.2.7 基于 MATLAB／fuzzy toolbox 的路径跟踪模糊推理系统
• 5.3 速度控制模糊控制器的设计与仿真
• 5.3.1 速度控制模糊控制器的设计
• 5.3.2 速度控制模糊控制器的仿真
• 5.4 本章小结
• 6 掘进机行走控制策略的仿真
• 6.1 仿真的必要性
• 6.2 仿真所选用的工具
• 6.2.1 MATLAB 简介
• 6.2.2 Simulink 简介
• 6.3 掘进机行走控制系统在 simulink 中仿真模型
• 6.3.1 掘进机行走控制总体 simulink 仿真模型
• 6.3.2 各个模块仿真模型
• 6.4 掘进机在不同路径下的仿真
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集