本發(fā)明涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的刨煤機(jī)工作面液壓支架控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

面對(duì)新世紀(jì)煤礦生產(chǎn)的新需要，采掘機(jī)械正向大型化、智能化、無(wú)人化方向發(fā)展，而薄煤層的安全高效開(kāi)采是中國(guó)煤炭工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。刨煤機(jī)作為薄煤層開(kāi)采的有效手段，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。由于刨煤機(jī)工作面采高較低，雖然不需要工人跟隨刨煤機(jī)作業(yè)，但仍需操作液壓支架，不但存在嚴(yán)重安全隱患，而且人工移架的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于刨煤機(jī)的刨煤速度，嚴(yán)重制約了采煤效率和產(chǎn)量。所以刨煤機(jī)工作面液壓支架的動(dòng)作和輸送機(jī)的自動(dòng)推移是刨煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的刨煤機(jī)工作面液壓支架控制系統(tǒng)，采用主控機(jī)與子控機(jī)共同控制，不論是主控機(jī)還是子控機(jī)出現(xiàn)故障都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，僅影響出故障的子控機(jī)或主控機(jī)，影響范圍小，可靠性高；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，可在線調(diào)整控制器的各個(gè)參數(shù)，減少了憑經(jīng)驗(yàn)整定參數(shù)所帶來(lái)的誤差，使系統(tǒng)控制精度提高，適應(yīng)性增強(qiáng)，仿真結(jié)果表明，該控制方法比傳統(tǒng)的控制方法具有更好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能；系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，減少支架的操作人員，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，改善了工作環(huán)境，有利于刨煤機(jī)工作面智能化、無(wú)人化方向發(fā)展。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述刨煤機(jī)工作面液壓支架控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用主控機(jī)和子控機(jī)的控制系統(tǒng)，每臺(tái)子控機(jī)控制一臺(tái)或多臺(tái)液壓支架，主控機(jī)與子控機(jī)之間通過(guò)串行通訊接口連接在一起，構(gòu)成刨煤機(jī)工作面液壓支架分布式控制系統(tǒng)。子控機(jī)采用兼有數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制功能的系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)具有程序自動(dòng)控制和人工控制兩種信號(hào)輸入方式，采用這種模式，能夠通過(guò)交互作用對(duì)系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)性能好，測(cè)試精度高。

所述主控制系統(tǒng)將刨煤機(jī)的位置信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換器傳送到子控制系統(tǒng)，在子系統(tǒng)的顯示屏上顯示，并作為支架進(jìn)行各種動(dòng)作的依據(jù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示整個(gè)工作面的所有子控機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，根?jù)工作面的不同狀況設(shè)定系統(tǒng)的工作模式。子控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)本架的自動(dòng)升柱、降柱、移架、定量推進(jìn)；當(dāng)刨頭經(jīng)過(guò)某一個(gè)支架(可設(shè)置)后，液壓支架將根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的刨深參數(shù)，由子控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電磁閥驅(qū)動(dòng)支架上的。電磁先導(dǎo)閥，控制主閥完成推移千斤頂推溜行程，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止推溜；刨深的定量值還決定刨頭運(yùn)行軌道的推移定量值。子控制系統(tǒng)時(shí)刻搜索安裝在支架立柱下腔的壓力傳感器和行程傳感器，獲取裝置在推移千斤頂內(nèi)測(cè)控桿上的數(shù)據(jù)，根據(jù)刨煤機(jī)的位置控制支架完成相應(yīng)的動(dòng)作。

其中的子控機(jī)可以向其他的子控機(jī)發(fā)出控制命令，完成對(duì)左或右相鄰5架液壓支架同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)動(dòng)作的成組控制。子控制系統(tǒng)可以顯示支架的主要參數(shù)和動(dòng)作等信息。發(fā)生故障或液壓支架動(dòng)作不到位時(shí)，聲光報(bào)警裝置將發(fā)出故障報(bào)警，顯示器同時(shí)顯示故障位置。子控制系統(tǒng)由單片機(jī)擴(kuò)展控制通道、信號(hào)檢測(cè)通道、通訊接口、鍵盤、顯示器，以及聲光報(bào)警裝置而成。信號(hào)檢測(cè)通道檢測(cè)支架液壓缸的壓力和位移，并把這些數(shù)據(jù)送到單片機(jī)編譯，再通過(guò)控制通道向液壓支架發(fā)出控制命令，形成閉環(huán)控制。

所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于PID控制并與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型控制方法，是對(duì)傳統(tǒng)的PID控制的一種改進(jìn)和優(yōu)化。本專利將應(yīng)用廣泛的PID控制器與具有自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，得出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制液壓支架的動(dòng)作的PID控制算法，并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制程序安裝在子系統(tǒng)中。

本發(fā)明的有益效果是：采用主控機(jī)與子控機(jī)共同控制，不論是主控機(jī)還是子控機(jī)出現(xiàn)故障都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，僅影響出故障的子控機(jī)或主控機(jī)，影響范圍小，可靠性高；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，可在線調(diào)整控制器的各個(gè)參數(shù)，減少了憑經(jīng)驗(yàn)整定參數(shù)所帶來(lái)的誤差，使系統(tǒng)控制精度提高，適應(yīng)性增強(qiáng)，仿真結(jié)果表明，該控制方法比傳統(tǒng)的控制方法具有更好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能；系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，減少支架的操作人員，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，改善了工作環(huán)境，有利于刨煤機(jī)工作面智能化、無(wú)人化方向發(fā)展。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的刨煤機(jī)工作面液壓支架控制系統(tǒng)。

圖2是本發(fā)明的液壓支架自動(dòng)控制流程圖。

圖3是本發(fā)明的子控制系統(tǒng)硬件組成圖。

圖4是本發(fā)明的液壓支架BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，刨煤機(jī)工作面液壓支架控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用主控機(jī)和子控機(jī)的控制系統(tǒng)，每臺(tái)子控機(jī)控制一臺(tái)或多臺(tái)液壓支架，主控機(jī)與子控機(jī)之間通過(guò)串行通訊接口連接在一起，構(gòu)成刨煤機(jī)工作面液壓支架分布式控制系統(tǒng)。子控機(jī)采用兼有數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制功能的系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)具有程序自動(dòng)控制和人工控制兩種信號(hào)輸入方式，采用這種模式，能夠通過(guò)交互作用對(duì)系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)性能好，測(cè)試精度高。

如圖2，主控制系統(tǒng)將刨煤機(jī)的位置信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換器傳送到子控制系統(tǒng)，在子系統(tǒng)的顯示屏上顯示，并作為支架進(jìn)行各種動(dòng)作的依據(jù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示整個(gè)工作面的所有子控機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，根?jù)工作面的不同狀況設(shè)定系統(tǒng)的工作模式。子控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)本架的自動(dòng)升柱、降柱、移架、定量推進(jìn)；當(dāng)刨頭經(jīng)過(guò)某一個(gè)支架(可設(shè)置)后，液壓支架將根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的刨深參數(shù)，由子控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電磁閥驅(qū)動(dòng)支架上的。電磁先導(dǎo)閥，控制主閥完成推移千斤頂推溜行程，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止推溜；刨深的定量值還決定刨頭運(yùn)行軌道的推移定量值。子控制系統(tǒng)時(shí)刻搜索安裝在支架立柱下腔的壓力傳感器和行程傳感器，獲取裝置在推移千斤頂內(nèi)測(cè)控桿上的數(shù)據(jù)，根據(jù)刨煤機(jī)的位置控制支架完成相應(yīng)的動(dòng)作。

如圖3，其中的子控機(jī)可以向其他的子控機(jī)發(fā)出控制命令，完成對(duì)左或右相鄰5架液壓支架同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)動(dòng)作的成組控制。子控制系統(tǒng)可以顯示支架的主要參數(shù)和動(dòng)作等信息。發(fā)生故障或液壓支架動(dòng)作不到位時(shí)，聲光報(bào)警裝置將發(fā)出故障報(bào)警，顯示器同時(shí)顯示故障位置。子控制系統(tǒng)由單片機(jī)擴(kuò)展控制通道、信號(hào)檢測(cè)通道、通訊接口、鍵盤、顯示器，以及聲光報(bào)警裝置而成。信號(hào)檢測(cè)通道檢測(cè)支架液壓缸的壓力和位移，并把這些數(shù)據(jù)送到單片機(jī)編譯，再通過(guò)控制通道向液壓支架發(fā)出控制命令，形成閉環(huán)控制。

如圖4，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于PID控制并與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型控制方法，是對(duì)傳統(tǒng)的PID控制的一種改進(jìn)和優(yōu)化。本專利將應(yīng)用廣泛的PID控制器與具有自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，得出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制液壓支架的動(dòng)作的PID控制算法，并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制程序安裝在子系統(tǒng)中。