本發(fā)明涉及一種融合采煤工藝與采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的采煤機(jī)慣性定位精度提升方法，屬于采煤機(jī)慣性定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于慣性導(dǎo)航與軸編碼器組合的采煤機(jī)慣性定位是綜采工作面可行的采煤機(jī)定位技術(shù)。慣性導(dǎo)航是采煤機(jī)定位技術(shù)的核心設(shè)備，其在煤礦井下惡劣環(huán)境的長(zhǎng)時(shí)間定位精度差是阻礙其應(yīng)用的重要方面。本發(fā)明所涉及到的采煤機(jī)慣性定位系統(tǒng)已在中國(guó)專利《融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置與方法》，申請(qǐng)?zhí)?01310353737.7中公開。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決慣性導(dǎo)航在采煤機(jī)定位應(yīng)用中長(zhǎng)時(shí)間定位精度差的問題，本發(fā)明提供了一種融合采煤工藝與采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的采煤機(jī)慣性定位精度提升方法，使以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為核心的采煤機(jī)定位滿足煤礦井下對(duì)于采煤機(jī)定位精度的要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種融合采煤工藝與采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的采煤機(jī)慣性定位精度提升方法，包括以下步驟：

(1)以采煤機(jī)幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立采煤機(jī)載體坐標(biāo)系oxbybzb，采煤機(jī)行進(jìn)方向?yàn)閥b軸，垂直于機(jī)面高度方向?yàn)閦b軸，另一個(gè)方向?yàn)閤b軸；在采煤機(jī)上安裝振動(dòng)速度傳感器，用以測(cè)量采煤機(jī)在xb軸與zb軸的振動(dòng)速度，以采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為約束條件，設(shè)計(jì)第一濾波器，通過濾波得到平臺(tái)失準(zhǔn)角，利用姿態(tài)矩陣之間的關(guān)系，得到修正后的姿態(tài)，從而得到修正后的采煤機(jī)位置；

(2)采煤機(jī)完成一次截割后，將刮板輸送機(jī)的最優(yōu)估計(jì)軌跡傳輸?shù)揭簤褐Ъ茈娨嚎叵到y(tǒng)，液壓支架電液控系統(tǒng)根據(jù)采煤工藝確定每個(gè)支架推移油缸的推移位移并進(jìn)行推移，根據(jù)刮板輸送機(jī)最優(yōu)估計(jì)軌跡和推移油缸的位移預(yù)測(cè)下次截割的刮板輸送機(jī)軌跡；

(3)以預(yù)測(cè)的刮板輸送機(jī)軌跡為約束條件，設(shè)計(jì)第二濾波器，通過濾波得到下次截割刮板輸送機(jī)最優(yōu)估計(jì)軌跡，利用采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)的約束關(guān)系，得到下次截割采煤機(jī)的最優(yōu)估計(jì)軌跡；

(4)進(jìn)行第一濾波器和第二濾波器的融合，以提高采煤機(jī)慣性定位精度。

所述步驟(1)中，第一濾波器的量測(cè)量為采煤機(jī)載體坐標(biāo)系xb軸和zb軸的慣性導(dǎo)航速度輸出與振動(dòng)速度傳感器輸出的差，狀態(tài)量為東北天三個(gè)方向的平臺(tái)失準(zhǔn)角，狀態(tài)預(yù)測(cè)方程由慣性導(dǎo)航姿態(tài)誤差方程求得。

所述步驟(3)中，第二濾波器的狀態(tài)量為：從刮板輸送機(jī)最優(yōu)估計(jì)軌跡中提取出每節(jié)刮板輸送機(jī)幾何中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，以此點(diǎn)位置坐標(biāo)與所對(duì)應(yīng)推移油缸位移的和作為下次截割此點(diǎn)位置坐標(biāo)的預(yù)測(cè)值，經(jīng)過曲線擬合得到的下次截割刮板輸送機(jī)預(yù)測(cè)軌跡作為狀態(tài)量；量測(cè)量為下次截割刮板輸送機(jī)的檢測(cè)軌跡。

所述步驟(4)中，先進(jìn)行第一濾波器處理，后進(jìn)行第二濾波器處理。

有益效果：本發(fā)明提供的采煤機(jī)慣性定位精度提升方法，全面地綜合了采煤機(jī)在綜采工作面的獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)，充分利用了采煤機(jī)牽引方向與工作面推進(jìn)方向的兩個(gè)約束條件，可在一定程度上解決慣性導(dǎo)航長(zhǎng)時(shí)間定位精度差的問題，使其滿足煤礦井下對(duì)于采煤機(jī)定位精度的要求，為實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為綜采工作面示意圖；

圖2為綜采工作面采煤工藝示意圖；

圖3為振動(dòng)速度傳感器安裝示意圖；

圖4為第一濾波器流程示意圖；

圖5為慣性導(dǎo)航、軸編碼器、振動(dòng)速度傳感器、采煤機(jī)慣性定位系統(tǒng)、第一濾波器和第二濾波器安裝示意圖；

圖6為刮板輸送機(jī)調(diào)直示意圖；

圖7為第二濾波器流程示意圖；

圖中：1為頂板曲線，2為底板曲線，3為采區(qū)，4為采空區(qū)，5為采煤機(jī)，6為刮板輸送機(jī)，7為液壓支架，8為推溜點(diǎn)，9為振動(dòng)傳感器安裝載體，10為垂直型振動(dòng)速度傳感器，11為水平型振動(dòng)速度傳感器，12為慣性導(dǎo)航，13為軸編碼器，14為采煤機(jī)慣性定位系統(tǒng)，15為第一濾波器，16為第二濾波器，17為液壓支架電液控系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1、圖2所示，采煤機(jī)5以刮板輸送機(jī)6為運(yùn)行軌道，沿煤壁往復(fù)運(yùn)行，切割煤壁落煤，并把落下的煤裝入刮板輸送機(jī)6。刮板輸送機(jī)6在完成運(yùn)煤工作的同時(shí)，兼作采煤機(jī)5的運(yùn)行軌道，在液壓支架7的推動(dòng)下隨工作面的推進(jìn)整體前移。液壓支架7完成采煤機(jī)5作業(yè)后采空區(qū)4頂板支護(hù)和控制，維持一定的工作空間，其支護(hù)空間由采煤機(jī)5截割采空區(qū)4空間確定。

如圖3、6所示，采煤機(jī)5上安裝有振動(dòng)傳感器安裝載體9、慣性導(dǎo)航12、采煤機(jī)慣性定位系統(tǒng)14，振動(dòng)傳感器安裝載體9上安裝有兩個(gè)振動(dòng)速度傳感器，分別為垂直型振動(dòng)速度傳感器10、水平型振動(dòng)速度傳感器11。

本發(fā)明的一種融合采煤工藝與采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型的采煤機(jī)慣性定位精度提升方法，包括以下步驟：

(1)以采煤機(jī)5幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)定義采煤機(jī)載體坐標(biāo)系oxbybzb，采煤機(jī)5行進(jìn)方向?yàn)閥b軸，垂直于機(jī)面高度方向?yàn)閦b軸，另一個(gè)方向?yàn)閤b軸；根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，在采煤機(jī)載體坐標(biāo)系yb軸存在速度，而xb軸與zb軸方向理論速度為零；但采煤機(jī)5截割煤壁存在負(fù)載波動(dòng)，造成了采煤機(jī)5在xb軸與zb軸方向存在一定的振動(dòng)速度，在采煤機(jī)5上安裝兩個(gè)振動(dòng)速度傳感器，分別為垂直型振動(dòng)速度傳感器10、水平型振動(dòng)速度傳感器11，分別測(cè)量xb軸與zb軸振動(dòng)速度，如圖3。以采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為約束條件，設(shè)計(jì)第一濾波器15。圖4為第一濾波器的流程示意圖，量測(cè)量為采煤機(jī)載體坐標(biāo)系xb軸和zb軸的慣性導(dǎo)航12速度輸出與兩個(gè)振動(dòng)速度傳感器輸出的差，狀態(tài)量為東北天三個(gè)方向的平臺(tái)失準(zhǔn)角，狀態(tài)預(yù)測(cè)方程由慣性導(dǎo)航姿態(tài)誤差方程求得。濾波得到平臺(tái)失準(zhǔn)角，利用姿態(tài)矩陣之間的關(guān)系得到修正后的姿態(tài)矩陣，其中為東、北、天向的平臺(tái)失準(zhǔn)角組成的反對(duì)稱矩陣，e為單位矩陣，為慣性導(dǎo)航輸出的姿態(tài)角組成的姿態(tài)矩陣，為修正后的姿態(tài)矩陣。利用姿態(tài)角與姿態(tài)矩陣之間的關(guān)系，如下式，得到修正后的航向角俯仰角θ(t)和橫滾角γ(t)。

結(jié)合軸編碼器輸出的速度v(ti)，利用航位推算算法，即其中pn(ti)＝[pn(t)pe(t)pu(t)]^t，pn(t)為t時(shí)刻北向位置，pe(t)為t時(shí)刻?hào)|向位置，pu(t)為t時(shí)刻天向位置，可得到修正后位置。

(2)采煤機(jī)5完成k次截割后，將刮板輸送機(jī)6的k次截割的最優(yōu)估計(jì)軌跡傳輸?shù)揭簤褐Ъ茈娨嚎叵到y(tǒng)17，液壓支架電液控系統(tǒng)17根據(jù)采煤工藝確定每個(gè)支架推移油缸的推移位移并進(jìn)行推移，如圖6，根據(jù)刮板輸送機(jī)k次截割最優(yōu)估計(jì)軌跡和推移油缸的位移ai預(yù)測(cè)k+1次截割的刮板輸送機(jī)軌跡。

(3)以預(yù)測(cè)k+1次截割的刮板輸送機(jī)軌跡為約束條件，設(shè)計(jì)第二濾波器16。圖7為第二濾波器的流程圖，從k次截割刮板輸送機(jī)最優(yōu)估計(jì)軌跡中提取出每節(jié)刮板輸送機(jī)6幾何中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，以此點(diǎn)位置坐標(biāo)與所對(duì)應(yīng)推移油缸位移ai的和作為k+1次截割此點(diǎn)位置坐標(biāo)的預(yù)測(cè)值，經(jīng)過曲線擬合得到的k+1次截割刮板輸送機(jī)預(yù)測(cè)軌跡作為狀態(tài)量。量測(cè)量為k+1次截割刮板輸送機(jī)檢測(cè)軌跡。濾波得到k+1次截割刮板輸送機(jī)最優(yōu)估計(jì)軌跡，利用采煤機(jī)5與刮板輸送機(jī)6的約束關(guān)系，得到k+1次截割采煤機(jī)5的最優(yōu)估計(jì)軌跡。

(4)將第一濾波器和第二濾波器進(jìn)行融合，優(yōu)選的方法是先進(jìn)行第一濾波器15處理，后進(jìn)行第二濾波器16處理。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。