一种液压支架的四连杆机构工况监测方法及装置与流程

本技术涉及煤矿井下作业自动化，具体涉及一种液压支架的四连杆机构工况监测方法及装置。

背景技术：

1、煤矿综采工作面中的液压支架依靠固定尺寸的四连杆机构实现联动，在立柱伸缩、顶梁倾角变化的工况下，整体机构姿态具备唯一确定性。目前智能化液压支架已标配顶梁倾角传感器、底座倾角传感器、采高传感器，可稳定获取顶梁与底座角度、立柱长度等基础姿态参数。但平衡油缸长度无法通过现有标配设备获取，只能依靠额外加装设备检测，成为制约支架全姿态精准感知、智能化控制的主要短板，亟需一种依托支架固有结构、无需额外硬件的计算方法实现平衡油缸长度精准求解。

2、现有技术中确定平衡油缸长度的方法为：在液压支架掩护梁上额外加装倾角传感器，通过传感器实时采集掩护梁倾角，结合设备原有顶梁倾角数据与支架固定结构尺寸，利用几何余弦定理间接计算平衡油缸长度。该方案避开了油缸本体传感器高压易损的问题，是现阶段无内置传感工况下的主流监测手段，广泛应用于各类智能液压支架姿态检测场景。

3、然而，该方案存在一定技术缺陷，方案依赖外置倾角传感器硬件，需要配套增设设备、布线及辅助模块，系统故障点位较多，在井下恶劣工况下运行稳定性有限；掩护梁作业过程振动冲击较大，易引发传感器数据漂移，增大测量误差，降低油缸长度计算精度；同时，传感器需要停机开展定期校准与维护工作，设备投入与运维成本较高，工况适配性与通用性存在局限。

技术实现思路

1、本技术所提供的一种液压支架的四连杆机构工况监测方法及装置，目的是解决现有技术中存在的上述技术问题的至少一部分。

2、为了实现上述目的，第一方面，本方提供了一种液压支架的四连杆机构工况监测方法，包括：

3、获取四连杆机构的姿态表征参数；

4、根据所述姿态表征参数确定所述四连杆机构的平衡油缸长度；

5、根据所述平衡油缸长度的偏差值以及所述姿态表征参数的偏差值监测所述四连杆机构工况。

6、在本技术一些实施例中，所述姿态表征参数包括：所述四连杆机构的顶梁的倾斜角度、底座的倾斜角度以及立柱高度；

7、根据所述姿态表征参数确定所述四连杆机构的平衡油缸长度，包括：

8、根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度以及所述立柱高度确定所述四连杆机构的掩护梁的倾斜角度；

9、根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度、所述掩护梁的倾斜角度、所述平衡油缸对应的顶梁长度以及所述平衡油缸对应的掩护梁长度确定所述平衡油缸长度。

10、在本技术一些实施例中，根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度以及所述立柱高度确定所述四连杆机构的掩护梁的倾斜角度包括：

11、将所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度以及所述立柱高度映射至预生成的平面直角坐标系；

12、根据所述顶梁的倾斜角度以及所述底座的倾斜角度确定所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度；

13、根据所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度在所述平面直角坐标系下的坐标值以及所述立柱高度在所述平面直角坐标系下的坐标值确定所述四连杆机构的掩护梁的倾斜角度。

14、在本技术一些实施例中，根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度、所述掩护梁的倾斜角度、所述平衡油缸对应的顶梁长度以及所述平衡油缸对应的掩护梁长度确定所述平衡油缸长度，包括：

15、根据所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度在所述平面直角坐标系下的坐标值、所述姿态表征参数在所述平面直角坐标系下的坐标值、所述四连杆机构的前连杆长度以及后连杆长度生成所述四连杆机构在所述平面直角坐标系下的约束方程组；

16、求解所述约束方程组，确定所述平衡油缸长度。

17、在本技术一些实施例中，根据所述平衡油缸长度的偏差值以及所述姿态表征参数的偏差值监测所述四连杆机构工况，包括：

18、根据所述平衡油缸长度的偏差值、所述顶梁的倾斜角度的偏差值、所述立柱高度的偏差值、标准工况下的平衡油缸长度、倾斜角度以及立柱高度生成所述四连杆机构的姿态稳定判定参数；

19、根据所述姿态稳定判定参数以及预设阈值判定所述四连杆机构是否发生失稳工况。

20、在本技术一些实施例中，根据所述平衡油缸长度的偏差值、所述顶梁的倾斜角度的偏差值、所述立柱高度的偏差值、标准工况下的平衡油缸长度、倾斜角度以及立柱高度生成所述四连杆机构的姿态稳定判定参数，通过下式执行：

21、

22、式中，为所述姿态稳定判定参数，、、分别为所述标准工况下的平衡油缸长度、顶梁的倾斜角度、立柱高度，为所述平衡油缸长度的偏差值，为所述顶梁的倾斜角度的偏差值，为所述立柱高度的偏差值，为参数融合权重系数。

23、第二方面，本技术提供一种液压支架的四连杆机构工况监测装置，该装置包括：

24、姿态表征参数获取模块，用于获取四连杆机构的姿态表征参数；

25、平衡油缸长度确定模块，用于根据所述姿态表征参数确定所述四连杆机构的平衡油缸长度；

26、工况监测模块，用于根据所述平衡油缸长度的偏差值以及所述姿态表征参数的偏差值监测所述四连杆机构工况。

27、平衡油缸长度确定模块包括：

28、倾斜角度确定单元，根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度以及所述立柱高度确定所述四连杆机构的掩护梁的倾斜角度；

29、平衡油缸长度确定单元，用于根据所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度、所述掩护梁的倾斜角度、所述平衡油缸对应的顶梁长度以及所述平衡油缸对应的掩护梁长度确定所述平衡油缸长度。

30、在本技术一些实施例中，倾斜角度确定单元包括：

31、平面直角坐标系映射单元，用于将所述顶梁的倾斜角度、所述底座的倾斜角度以及所述立柱高度映射至预生成的平面直角坐标系；

32、相对角度确定单元，用于根据所述顶梁的倾斜角度以及所述底座的倾斜角度确定所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度；

33、倾斜角度确定子单元，用于根据所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度在所述平面直角坐标系下的坐标值以及所述立柱高度在所述平面直角坐标系下的坐标值确定所述四连杆机构的掩护梁的倾斜角度。

34、在本技术一些实施例中，平衡油缸长度确定单元包括：

35、约束方程组生成单元，用于根据所述顶梁相对于所述底座的倾斜角度在所述平面直角坐标系下的坐标值、所述姿态表征参数在所述平面直角坐标系下的坐标值、所述四连杆机构的前连杆长度以及后连杆长度生成所述四连杆机构在所述平面直角坐标系下的约束方程组；

36、约束方程组求解单元，用于求解所述约束方程组，确定所述平衡油缸长度。

37、在本技术一些实施例中，工况监测模块包括：

38、姿态稳定判定参数生成单元，用于根据所述平衡油缸长度的偏差值、所述顶梁的倾斜角度的偏差值、所述立柱高度的偏差值、标准工况下的平衡油缸长度、倾斜角度以及立柱高度生成所述四连杆机构的姿态稳定判定参数；

39、失稳工况判定单元，用于根据所述姿态稳定判定参数以及预设阈值判定所述四连杆机构是否发生失稳工况。

40、在本技术一些实施例中，姿态稳定判定参数生成单元通过下式执行：

41、

42、式中，为所述姿态稳定判定参数，、、分别为所述标准工况下的平衡油缸长度、顶梁的倾斜角度、立柱高度，为所述平衡油缸长度的偏差值，为所述顶梁的倾斜角度的偏差值，为所述立柱高度的偏差值，为参数融合权重系数。

43、第三方面，本技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现一种液压支架的四连杆机构工况监测方法的步骤。

44、第四方面，本技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现液压支架的四连杆机构工况监测方法的步骤。

45、第五方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现液压支架的四连杆机构工况监测方法的步骤。

46、从上述描述可知，本技术实施例提供一种液压支架的四连杆机构工况监测方法及装置，对应的方法包括：首先，获取四连杆机构的姿态表征参数；接着，根据所述姿态表征参数确定所述四连杆机构的平衡油缸长度；最后，根据所述平衡油缸长度的偏差值以及所述姿态表征参数的偏差值监测所述四连杆机构工况。

47、本技术实施例所提供的一种液压支架的四连杆机构工况监测方法，将实时计算得到的平衡油缸长度作为核心反馈量，构建多维度液压支架姿态稳定性量化控制策略，从而实现液压支架姿态纠偏、防失稳及极限安全保护的闭环调控。