悬臂式掘进机自动截割控制系统的研究与设计

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悬臂式掘进机在掘进现场面临掘进环境恶劣,粉尘、水雾、煤层特性的不断变化等工况,造成截割断面成形质量差、工作效率低、能量损耗大等实际问题。对于以上问题,本文以PLC为主控单元,根据操作人员输入的断面形状和参数完成巷道断面自动截割成形,同时通过截割电机反馈电流控制实现其恒功率调速。  本文在剖析了很多相关方面资料后,先通过测量计算得到了掘进机模拟作业时截割头中心所处空间坐标系下的位置和驱动油缸的伸缩长度,以及悬臂在水平和垂直方向上摆动角,并建立其空间数学模型;其次针对当前煤矿巷道中普遍存在的断面形状,设计了截割控制的实际工艺路径;最后分析了悬臂式掘进机的截割机构以及作业情况,且根据实际系统搭建起了巷道断面自动截割控制的数学模型。为接下来的截割断面成形仿真和自动截割控制系统提供了可靠的理论依据。  另外,为了使悬臂式掘进机实现恒定功率的智能控制,本文在基于遗传算法的前提下得出了新型的改进模糊控制策略,该控制策略是通过遗传算法对模糊控制器进行优化,使模糊控制器的参数可运行于在线自行调整的功能下,实现对系统参数变化的实时响应。通过对掘进机悬臂运动的仿真,比较了传统与新型的模糊控制策略,得到基于遗传算法优化后的模糊控制策略在恒功率控制上很好的削弱了其对系统参数变化的敏感性,同时提升了系统的动态响应速度,增强了整体系统的鲁棒性。  最后,针对西安煤矿机械有限公司的EBZ260型悬臂式掘进机,本文分别对其硬件及软件进行设计,并对其厂内模拟运行试验数据进行分析,得出本文的控制策略运用在悬臂式掘进机调控系统上可以实现断面自动成形截割,并且系统自动根据巷道里煤岩硬度的不同从而进行实时调整悬臂的进给速度,实现恒功率控制的目的。通过系统仿真和厂区试验的对比分析,证实了该控制系统在断面自动截割成形及截割机构恒功率控制方面性能良好,满足煤矿施工要求,提高巷道掘进的质量与效率,而且其准确性和响应速度都大幅度增加,提升了系统对复杂环境适应性能。
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