一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法的制作方法

1.本发明涉及矿井下综采工作面中刮板输送机的直线度检测和液压支架推移控制，尤其是涉及一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法。


背景技术：

2.目前煤矿井下综采工作面对刮板输送机推移调直基本靠投入巨大人力来完成，在生产过程中，多个支架工不断在工作面控制推溜拉架保障采煤顺利进行，人工调直存在调直精度差的问题，多数情况下，不能保证整个工作面的直线度，局部存在弯曲过大的情况，而且调直效率低下，支架人工调直动作存在人身安全隐患，加上生产环境恶劣，使得人工判断容易出现差错。
3.随着国家对煤矿井下采煤生产安全的重视程度不断提高，煤矿井下自动调直越来越重要。综采工作面的煤壁、刮板输送机和液压支架需保持直线状态，刮板输送机的直线度直接影响煤矿生产的安全程度和开采效率，刮板输送机直线度的检测控制尤为重要。
4.目前煤矿企业正在推行各类的自动调直技术，以减少人工方式，达到降低安全风险、提高调直精度的效果。但是目前的调直技术限于使用多个传感器的简单组合，不能有效结合井下综采工艺与开采流程，造成调直精度差、系统稳定性差、安装投入大、维护成本高、易用性差、实用性低等问题。


技术实现要素：

5.针对上述技术存在的问题，本发明提供一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法，该算法不需要额外的多种传感器，需要惯性导航提供数据，根据算法得出刮板输送机的推移行程，并在推移后可判断误差进行矫正，投入成本小，有效提高刮板输送机直线度控制精度，可维护性高。
6.为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：(1)、建立工作面xy坐标系，以面向煤壁从左至右为x轴增大方向，以支架推溜方向为y轴增大方向；(2)、惯性导航在坐标系内行走，输出数据通过中值滤波后得出[(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)
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(xn,yn)]，按照刮板槽宽lg进行分组，每组数据求取平均值，即为对应的刮板的y方向位置，按此方法得出工作面所有可测的刮板的位置数据[g0,g1,g2
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gn]，依次表示第1节至第n 1节刮板位置,即可得出刮板输送机直线度；(3)、判断[g0,g1,g2
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gn]最大值ga与最小值gi，最大值与最小值的差值记为gd，刮板输送机推移步距记为ds,分两种情况处理：1)当gd≤ds时，通过补齐差值的方式设置各自的推移行程，第n节刮板推移量为ds-(gn-gi)，其中n代表第n节刮板，gn代表第n节刮板当前位置；2)当gd》ds时，设最大值ga处为第nh节刮板，设最小值gi处为第nl节刮板，第nh-10到第nh 10区间内刮板保持不动，第nl-10到第nl 10区间内刮板按照ds满行程推移，其它区间按
照第1)种情况处理；(4)、针对步骤(3)的结果进行误差校正，每次直刀工艺采煤的误差计算数据来自于上一个直刀工艺采煤数据和上一次控制算法结果的差值，具体步骤如下：1)、进行第一次直刀工艺采煤，并按照控制算法结果推移刮板输送机；2)、进行第二次直刀工艺采煤，得出刮板输送机直线度数据，和上一步的控制算法结果进行对比，记录连续区间内超过8架误差绝对值均超过刮板输送机推移步距ds的1/5的区间范围，设为第cl至ch区间，此区间内平均误差ca，此区间内推移量需在步骤(3)的基础上加-ca，推移量超过ds后按ds计算；(5)给支架控制器发送矫正后的控制数据，支架控制器进行推移，完成后进行下一直刀工艺采煤；(6)、重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)完成采煤时动态控制刮板输送机直线度。
附图说明
[0007]
图1是本发明的算法流程图；图2是本发明工作面坐标系示意图；图3是本发明第一种直线度处理方式示意图；图4是本发明第二种直线度处理方式示意图；图5是本发明的误差补偿示意图。
具体实施方式
[0008]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0009]
如图1所示，算法起始需要建立坐标系，用于工作面惯性导航定位，在采煤直刀工艺完成后，获取惯性导航数据，进入计算阶段，根据分输出数据通过中值滤波处理，按照刮板槽宽lg进行分组，每组数据求取平均值，即为对应的刮板的y方向位置，按此方法得出工作面所有可测的刮板的位置数据[g0,g1,g2
…
gn]，依次表示第1节至第n 1节刮板位置,即可得出刮板输送机直线度，计算直线度最大差值，定位最大差值出现位置，比较最大差值和刮板输送机推移步距，当差值大于推移步距，则按照分区间方式计算，否则按照补齐差值方式计算，通过误差补偿后，由支架按照控制算法推移，推移后进行下一直刀工艺采煤，可实现动态控制刮板输送机直线度。
[0010]
如图2所示，综采工作面坐标系建立过程，以工作面左端为基点，以从左至右为x轴增大方向，以推移方向为y轴增大方向，采煤机在刮板输送机上移动，刮板输送机在坐标系内定位。
[0011]
如图3所示，当刮板输送机直线度最大值与最小值的差值小于刮板输送机推移步距时，按照补齐差值方式进行推移，具体来说是，以最低点确定一条平行于x轴的直线，距离此直线一个推移步距处确定第二条直线，计算当前刮板在y轴的位置与第二条直线的差值，每个刮板推移形成按照这个差值进行推移，可使刮板输送机在一次推移后，与第二条直线重合，从而形成一条直线。
[0012]
如图4所示，当刮板输送机直线度最大值与最小值的差值大于刮板输送机推移步
距时，按照分区间方式进行推移，具体来说是，以最低点确定一条平行于x轴的直线，距离此直线一个推移步距处确定第二条直线，在最低点两侧分别为10架的区间内按照满行程推移，在最高点两侧分别为10架的区间内下一直刀工艺不推移，其他区间按照补齐差值方式进行推移。
[0013]
如图5所示，根据推移前的刮板输送机直线度计算下一直刀后刮板输送机的直线度期望值，期望值和推移后的直线度进行对比，记录每一个刮板的误差，当连续8架误差值均超过推移步距的1/5时，此区间受到其它原因无法推移到位，需要对此区间进行补偿，计算此区间内平均误差ca，直线度期望需要加上-ca，使下一直刀工艺补偿此误差，直线度控制精度提高。


技术特征：
1.一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立工作面xy坐标系，以面向煤壁从左至右为x轴增大方向，以支架推溜方向为y轴增大方向；(2)、惯性导航在坐标系内行走，输出数据通过中值滤波后得出[(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)
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(xn,yn)]，按照刮板槽宽lg进行分组，每组数据求取平均值，即为对应的刮板的y方向位置，按此方法得出工作面所有可测的刮板的位置数据[g0,g1,g2
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gn]，依次表示第1节至第n 1节刮板位置,即可得出刮板输送机直线度；(3)、判断[g0,g1,g2
…
gn]最大值ga与最小值gi，最大值与最小值的差值记为gd，刮板输送机推移步距记为ds,分两种情况处理：1)当gd≤ds时，通过补齐差值的方式设置各自的推移行程，第n节刮板推移量为ds-(gn-gi)，其中n代表第n节刮板，gn代表第n节刮板当前位置；2)当gd>ds时，设最大值ga处为第nh节刮板，设最小值gi处为第nl节刮板，第nh-10到第nh 10区间内刮板保持不动，第nl-10到第nl 10区间内刮板按照ds满行程推移，其它区间按照第1)种情况处理；(4)、针对步骤(3)的结果进行误差校正，按照误差分布学习的结果矫正后进行推移；(5)、重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)完成采煤时动态控制刮板输送机直线度。2.权利要求1所述的一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法,其特征在于：所述的误差分布学习是通过两次直刀采煤工艺完成后学习的，包含以下步骤：(1)、进行第一次直刀工艺采煤，并按照控制算法结果推移刮板输送机；(2)、进行第二次直刀工艺采煤，得出刮板输送机直线度数据，和上一步的控制算法结果进行对比，记录连续区间内超过8架误差绝对值均超过刮板输送机推移步距ds的1/5的区间范围，设为第cl至ch区间，此区间内平均误差ca，此区间内推移量需在权利要求1步骤(3)的基础上加-ca，推移量超过ds后按ds计算。

技术总结
本发明公开了一种基于惯性导航的刮板输送机直线度控制算法，惯性导航可以在采煤机行走过程中测量刮板输送机直线度信息，控制算法根据直线度信息计算得出下一直刀工艺段液压支架的推移行程，计算过程分两种情况，一是当刮板输送机最超前点比最落后点大于一个步距，二是最超前点与最落后点之间小于一个步距，控制算法区别对待形成不同的控制策略，由支架完成推移动作，由于支架不能按照计算值精确推移，在采煤过程中不断累积误差，控制算法会自主学习不同支架号对应误差并得出误差分布，通过分组方式调整下一次支架推移行程，进而提高精度。精度。


技术研发人员：孙鹏亮 杨清翔 宋冰清 尉瑞 蒋庆友 秦文光 胡登高 杨秀宇 宋振铎 程凯 单鹏 郑开明 颜冰
受保护的技术使用者：中煤华晋集团有限公司
技术研发日：2020.09.02
技术公布日：2022/3/18