CN105781544A - 用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置 - Google Patents

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Abstract

用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置，包括计算机、变频器、采煤机模型和现场控制器，采煤机模型包括沿左右方向水平设置的机身、试验台、牵引链条、导轨和导向滑靴，导向滑靴设有两个，两个导向滑靴固定在机身前侧底部，导轨和牵引链条前后对应固定在试验台上，机身前侧通过导向滑靴滑动连接在导轨上；本装置能够在实验室条件下模拟采煤机的实际工作状况，而且该装置验证了在各种信号输入干扰的情况下，多信息融合方法的稳定性和可靠性，由于本装置在实验室中进行使用，所以与实际现场工作情况对比，方便快捷，也节约了实验成本，对我国采煤机的智能化研究发展具有一定的指导意义。

Description

用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置
技术领域
本发明属于智能装备制造技术领域，具体涉及一种用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置。
背景技术
随着信息技术与先进装备制造技术的高速发展，我国煤炭产业的智能制造装备的深度和广度日益提上，煤炭综合开采自动化装备的研制成为煤炭工业增加产量，提高劳动效率，减少重大恶性事故和改善劳动条件的重要手段，而采煤机的智能控制是实现采煤工作面自动化的关键技术之一；但是，由于煤层地质结构的复杂性和多样性，井下工作条件的恶劣，工作的难度大，劳动强度大，对采煤机实际工作状况进行研究较困难，因此，针对这种情况，亟需研究一种采煤机智能控制策略研究的实验装置来模拟采煤机的实际工作过程，这对采煤机的智能化发展具有重要的指导意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种智能化程度高且能够模拟采煤机的实际工作过程，完成在实验室条件下对采煤机工作状况的研究的用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置，包括计算机、变频器、采煤机模型和现场控制器，采煤机模型包括沿左右方向水平设置的机身、试验台、牵引链条、导轨和导向滑靴，导向滑靴设有两个，两个导向滑靴固定在机身前侧底部，导轨和牵引链条前后对应固定在试验台上，机身前侧通过导向滑靴滑动连接在导轨上，机身上设有CCD摄像头、机身倾角传感器、接近开关、速度传感器、加速度传感器和牵引电机，牵引电机上安装有第一温度传感器，牵引电机的主轴上设有牵引链轮，牵引链轮与牵引链条相啮合，机身左右两侧均设有一组滚筒截割机构，两组滚筒截割机构左右对称设置；
位于右侧的滚筒截割机构包括截割电机、电动缸、摇臂和滚筒，截割电机内置固定在摇臂内部，截割电机上安装有第二温度传感器，截割电机的主轴上固定有主动链轮，摇臂上设有摇臂摆角传感器，摇臂的左端部铰接在机身上，电动缸的缸体端部铰接在机身上，电动缸的活塞杆铰接在摇臂的左端底部；滚筒转动连接在摇臂的右端部，滚筒的主轴上设有从动链轮和动态扭矩传感器，主动链轮通过链条与从动链轮传动连接；
变频器固定在机身上，变频器分别通过导线与牵引电机和截割电机连接；
现场控制器分别通过数据线与CCD摄像头、机身倾角传感器、速度传感器、加速度传感器、第一温度传感器、摇臂摆角传感器、动态扭矩传感器和第二温度传感器相连接，现场控制器通过数据线与计算机连接。
牵引电机和截割电机上均设有电流传感器和电压传感器，电流传感器和电压传感器分别通过数据线与现场控制器相连接。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明在具体实验时，通过截割电机驱动主动链轮，主动链轮通过链条带动从动链轮，从而滚筒转动对煤体进行截割，其中在工作过程中，现场控制器通过第一温度传感器、第二温度传感器、机身倾角传感器、速度传感器、加速度传感器、动态扭矩传感器、摇臂摆角传感器以及牵引电机和截割电机上的电压传感器和电流传感器进行数据采集处理并作为系统的输入，将采煤机模型的运行姿态作为系统的输出，确定输入和输出的隶属度函数，并根据输入和输出建立一个多输入输出的信息融合自适应模糊推理(ANFIS)系统。然后将采集到的各种传感器信号带入系统，采用混合最小二乘估计反向传播算法，对信号的输入/输出数据进行学习，进而调整ANFIS中的变量隶属度函数的参数，使之适应模糊推理系统输入/输出关系的最佳组合，从而实现对采煤机姿态的实时、准确控制；CCD摄像头的目的是在实验过程中对截割后的煤岩界面进行识别，为采煤机的下一步序姿态调整提供参考；本装置可以模拟实际采煤机工作过程中所有可以被采集的信号,尤其是融合了采煤机摇臂振动信号、滚筒截割力矩信号以及截割后的工作面图像，并结合采煤机工作过程中的电压、电流、速度、加速度、温度、倾角、位置等信息，给出采煤机工作参数调整与运行轨迹规划。
与在采煤机工作现场进行研究难度大，风险系数高的情况相比，本装置能够在实验室条件下，利用该装置来模拟采煤机的实际工作状况，而且该装置验证了在各种信号输入干扰的情况下，多信息融合方法的稳定性和可靠性，由于本装置在实验室中进行使用，所以与实际现场工作情况对比，方便快捷，也节约了实验成本，对我国采煤机的智能化研究发展具有一定的指导意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的滚筒截割机构的工作原理图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置，包括计算机、变频器、采煤机模型和现场控制器，采煤机模型包括沿左右方向水平设置的机身2、试验台30、牵引链条31、导轨3和导向滑靴20，导向滑靴20设有两个，两个导向滑靴20固定在机身2前侧底部，导轨3和牵引链条31前后对应固定在试验台30上，机身2前侧通过导向滑靴20滑动连接在导轨3上，机身2上设有CCD摄像头21、机身倾角传感器4、接近开关19、速度传感器5、加速度传感器6和用于驱动机身2滑动行走的牵引电机7，牵引电机7上安装有第一温度传感器8，牵引电机7的主轴上设有牵引链轮32，牵引链轮32与牵引链条31相啮合，机身2左右两侧均设有一组滚筒截割机构，两组滚筒截割机构左右对称设置；
计算机和变频器是本领域常规技术，图上未示出。
现场控制器为PLC或集成电路或单片机，是本领域常规技术，具体结构不再详述。
位于右侧的滚筒截割机构包括截割电机9、电动缸10、摇臂11和滚筒12，截割电机9内置固定在摇臂11内部，截割电机9上设有第二温度传感器14，截割电机9的主轴上固定有主动链轮15，摇臂11上设有摇臂摆角传感器16，摇臂11的左端部铰接在机身2上，电动缸10的缸体端部铰接在机身2上，电动缸10的活塞杆铰接在摇臂11的左端底部；滚筒12转动连接在摇臂11的右端部，滚筒12的主轴上设有从动链轮17和动态扭矩传感器13，主动链轮15通过链条18与从动链轮17传动连接；
变频器固定在机身2上，变频器分别通过导线与牵引电机7和截割电机9连接；
现场控制器分别通过数据线与机身倾角传感器4、CCD摄像头21、速度传感器5、加速度传感器6、第一温度传感器8、摇臂摆角传感器16、动态扭矩传感器13和第二温度传感器14相连接。
牵引电机7和截割电机9上均设有电流传感器和电压传感器，电流传感器和电压传感器分别通过数据线与现场控制器数据连接。现场控制器通过数据线与计算机连接。
牵引电机7驱动机身2的具体工作过程为：牵引电机7带动牵引链轮32转动，由于牵引链轮32与牵引链条31相啮合，所以牵引链轮32带动机身在牵引链条31上行驶；在本发明在具体实验时，通过截割电机9驱动主动链轮15，主动链轮15通过链条18带动从动链轮17，从而滚筒12转动对煤体进行截割，其中在工作过程中，现场控制器通过第一温度传感器8、第二温度传感器14、机身倾角传感器4、速度传感器5、加速度传感器6、动态扭矩传感器13、摇臂摆角传感器16以及牵引电机7和截割电机9上的电压传感器和电流传感器进行数据采集处理并作为系统的输入，将采煤机模型的运行姿态作为系统的输出，确定输入和输出的隶属度函数，并根据输入和输出建立一个多输入输出的信息融合自适应模糊推理(ANFIS)系统。然后将采集到的各种传感器信号带入系统，采用混合最小二乘估计反向传播算法，对信号的输入/输出数据进行学习，进而调整ANFIS中的变量隶属度函数的参数，使之适应模糊推理系统输入/输出关系的最佳组合，从而实现对采煤机姿态的实时、准确控制。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置，其特征在于：包括计算机、变频器、采煤机模型和现场控制器，采煤机模型包括沿左右方向水平设置的机身、试验台、牵引链条、导轨和导向滑靴，导向滑靴设有两个，两个导向滑靴固定在机身前侧底部，导轨和牵引链条前后对应固定在试验台上，机身前侧通过导向滑靴滑动连接在导轨上，机身上设有CCD摄像头、机身倾角传感器、接近开关、速度传感器、加速度传感器和牵引电机，牵引电机上安装有第一温度传感器，牵引电机的主轴上设有牵引链轮，牵引链轮与牵引链条相啮合，机身左右两侧均设有一组滚筒截割机构，两组滚筒截割机构左右对称设置；
位于右侧的滚筒截割机构包括截割电机、电动缸、摇臂和滚筒，截割电机内置固定在摇臂内部，截割电机上安装有第二温度传感器，截割电机的主轴上固定有主动链轮，摇臂上设有摇臂摆角传感器，摇臂的左端部铰接在机身上，电动缸的缸体端部铰接在机身上，电动缸的活塞杆铰接在摇臂的左端底部；滚筒转动连接在摇臂的右端部，滚筒的主轴上设有从动链轮和动态扭矩传感器，主动链轮通过链条与从动链轮传动连接；
变频器固定在机身上，变频器分别通过导线与牵引电机和截割电机连接；
现场控制器分别通过数据线与CCD摄像头、机身倾角传感器、速度传感器、加速度传感器、第一温度传感器、摇臂摆角传感器、动态扭矩传感器和第二温度传感器相连接，现场控制器通过数据线与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的用于多信息融合的采煤机智能控制策略研究的实验装置，其特征在于：牵引电机和截割电机上均设有电流传感器和电压传感器，电流传感器和电压传感器分别通过数据线与现场控制器相连接。
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