CN111207123B - 一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于露天煤矿设备控制技术领域，具体是一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法。包括以下步骤，S100‑确定主油缸，从油缸；S200‑确定控制曲线参数值；S300‑拟合曲线，得出曲线表达式；S400‑根据所求的输出变量y，得出当前从油缸速度VS。本发明的边帮开采运输单元推移油缸同步控制方法作用于边帮设备特定的运输单元驱动装置，结合边帮开采工况要求和现有条件，多次论证得出特定曲线来实现两侧油缸的同步控制，弥补了机械设计的误差，减小了液压控制的复杂度，节约了边帮开采成本，且该曲线参数可调，可根据工况等做进一步调整以达到预期效果，具有灵活性和可操作性。

Description

一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法
技术领域
本发明属于露天煤矿设备控制技术领域，具体是一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法。
背景技术
当前我国国民经济正处在迅速发展的时期，对于能源的需求一直处在进一步的加大中，煤炭作为我国的几大能源之一，其主要地位仍然难以动摇。近年来随着我国能源消耗的加大和环境治理政策的提出，对于煤炭利用率和开采率的要求逐年上升。露天煤矿由于其开采的特殊性和相关技术的不完善，其边帮薄煤层积压煤目前在国内大部分处于遗弃状态，针对此，国内目前研制出了一种新型的边帮开采成套设备，该设备采用连采机实现前端采煤，配合多节运输单元实现后端运煤，从而实现边帮薄煤层积压煤的自动化开采。
运输单元作为边帮开采成套设备中的直接运煤设备，其主要负责在连采机前进截割时紧跟连采机机身后将连采机截割的煤运出，并且负责截割完毕时回撤拖拽连采机的功能，因此运输单元的平稳运行至关重要。
而运输单元的前进后退是通过左右两侧的推移油缸进行驱动的。由于液压回路的差异和自身机械设计误差等多种因素，造成了两侧推移油缸不同步的现象，而两侧推移油缸的行程误差会直接导致运输单元偏离轨道，机身歪斜损坏设备，直接造成边帮开采工作的瘫痪。对于运输单元的左右侧推移油缸目前缺乏一种有效适宜的同步控制方法实现运输单元的稳定行走。边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法是保证边帮开采正常工作的必要保障，是提高边帮开采效率的重要途径。
发明内容
本发明的目的是减小边帮开采设备中运输单元两侧推移油缸在同时动作时的行程误差。从而保证两侧推移油缸同步动作驱动运输单元流畅运动。提供一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法。
本发明采取以下技术方案：一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法，运输单元T1分别由左油缸和右油缸两个相同行程的油缸驱动实现前进后退，左油缸速度由阀Ⅰ驱动，右油缸速度由阀Ⅱ驱动；阀Ⅰ和阀Ⅱ的数字量由控制器给定。位移传感器Ⅰ测量左油缸的实时行程L1，位移传感器Ⅱ测量右油缸的实时行程L2，同步控制方法包括以下步骤。
S100--从左右两侧的油缸中确定主油缸，从油缸；选取稳定性和跟随性好的油缸为主油缸，另一个为从油缸，实现同步控制时以两油缸的行程误差为依据来判断是否达到同步，通过以主油缸速度Vm为基准，调节从油缸速度Vs来使两油缸行程误差保持在一定范围内；
S200-确定控制曲线参数值；
控制曲线参数包括：最大调节比例值Rmax，最小调节比例值Rmin，最大允许的误差绝对值|ΔLmax|，保证左右两侧油缸同步的最低要求是|ΔLmax|≤10mm。当距离误差值绝对值|ΔL|＞|ΔLmax|时采用控制曲线来进行调节，使|ΔL|≤|ΔLmax|从而实现同步控制。
其中最大调节比例值为：
Figure GDA0003224450550000031
其中V0为正常速度，Vmax为最快速度；
最小调节比例值为：
Figure GDA0003224450550000032
其中V0为正常速度，Vmin为最慢速度；
最大允许的误差绝对值|ΔLmax|为距离误差值绝对值|ΔL|的最大允许值，距离误差值ΔL为：
ΔL＝L1-L2 (3)
其中，L1为左油缸距离值，L2为右油缸距离值。
S300-拟合曲线，得出曲线表达式；
控制曲线的输出变量y为从油缸速度调节比例值，输入变量x为主油缸与从油缸行程误差值，拟合的控制曲线有如下的分段函数表达式：
前进时的特性曲线表达式为：
Figure GDA0003224450550000033
后退时的特性曲线表达式为：
Figure GDA0003224450550000041
S400-根据所求的输出变量y，得出当前从油缸速度Vs，
Vs＝y·Vm (6)
其中Vm为从油缸初始速度，即主油缸的当前速度，然后继续判断距离误差值ΔL是否满足精度要求|ΔL|≤|ΔLmax|，若不满足要求则返回第2步重新调节控制曲线参数。即增大最大调节比例值Rmax，减小最小调节比例值Rmin，增大最大允许的误差绝对值|ΔLmax|但不能超过10mm。
选定左右侧油缸中运行较快响应较好的油缸为主油缸，另外一个为从油缸；以主油缸的实时速度作为从油缸的起始速度，以主油缸的行程距离减去从油缸的行程距离所得的距离误差为输入量，通过设定的曲线关系，得出输出量从油缸的速度比例值，调节从油缸速度的快慢使距离误差减小到一定范围内来达到与主油缸的同步。
设定的曲线关系需要确定以下参数：可调节的最快速度，正常运行的速度，可调节的最慢速度，以及最大允许的误差值。最快速度与正常速度的比值确定曲线的输出上边界，最慢速度与正常速度的比值确定曲线的输出下边界，最大允许的误差值确定输入变量的拐点，最大允许的误差值按照要求绝对值不得超过10mm。
设定的控制曲线关系包括推移油缸同步前进和同步后退两部分。推移油缸同步前进的控制过程如下：在距离误差为0时，此时不需要调节从油缸速度，因此比例值为1。在误差从0正向增大到正向最大允许误差值时，此时主油缸快从油缸慢，从油缸追主油缸，从油缸速度调节比例值大于1，且逐渐增大，误差越大越需要快速纠偏，因此该段曲线斜率是逐渐增大的。到正向最大允许误差时采用最大调节比例值也就是可调节最快速度，超出正向最大允许误差则一直采用最快速度追赶，直到追回正向最大允许误差内。同理，在误差从0负向增大到负向最大允许误差值时。此时主油缸慢从油缸快，从油缸减速等主油缸，从油缸速度调节比例值小于1，且逐渐减小，负向误差越大也越需要快速纠偏，因此该段曲线的斜率也是逐渐增大的。到反向最大允许误差时采用最小调节比例值也就是可调节最慢速度，超出反向最大允许误差则一直采用最慢速度等待，直到追回反向最大允许误差内。控制曲线的前进部分按照上述关系拟合得出。
位移传感器所测距离为油缸伸出长度，因此在推移油缸同步后退误差大于0时是主油缸慢从油缸快，误差小于0时主油缸快从油缸慢。其余与前进时同理。后退曲线与前进曲线沿纵坐标轴对称。
与现有技术相比，本发明的边帮开采运输单元推移油缸同步控制方法作用于边帮设备特定的运输单元驱动装置，结合边帮开采工况要求和现有条件，多次论证得出特定曲线来实现两侧油缸的同步控制，弥补了机械设计的误差，减小了液压控制的复杂度，节约了边帮开采成本，且该曲线参数可调，可根据工况等做进一步调整以达到预期效果，具有灵活性和可操作性。
附图说明
图1为本发明提供的一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制硬件连接示意图；
图2为本发明提供的一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法的流程示意图；
图3为本发明提供的一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法的控制曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明提供的一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制硬件连接示意图。
如图1所示，运输单元T1分别由左油缸和右油缸两个相同行程的油缸驱动实现前进后退，以左油缸为主油缸，右油缸为从油缸(实际应用可根据情况调整)；左油缸速度由阀1驱动，右油缸速度由阀2驱动；阀1和阀2的数字量由控制器给定。位移传感器1测量左油缸的实时行程L1，位移传感器2测量右油缸的实时行程L2。用户发出前进后退指令后，初始时主油缸速度和从油缸速度是一致的。将L1和L2的值传入控制器，控制器根据二者差值经过同步控制算法给出调整后的从油缸速度，从油缸按照调整后的速度继续运动使主从油缸的距离误差减小到允许范围内。
参阅图2，图2是本发明的一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法的流程示意图。
S100--从左右两侧的油缸中确定主油缸，从油缸；选取稳定性和跟随性好的油缸为主油缸，另一个为从油缸，实现同步控制时以主油缸速度Vm为基准，调节从油缸速度Vs；
S200-确定曲线参数值；
曲线参数包括：最大调节比例值Rmax，最小调节比例值Rmin，最大允许的误差绝对值|ΔLmax|，保证左右两侧油缸同步的最低要求是|ΔLmax|≤10mm。当距离误差值绝对值|ΔL|＞|ΔLmax|时采用控制曲线来进行调节，使|ΔL|≤|ΔLmax|从而实现同步控制。
其中最大调节比例值为：
Figure GDA0003224450550000071
其中V0为正常速度，Vmax为最快速度；
最小调节比例值为：
Figure GDA0003224450550000081
其中V0为正常速度，Vmin为最慢速度；
最大允许误差绝对值|ΔLmax|为距离误差值绝对值|ΔL|的最大允许值，距离误差值ΔL为：
ΔL＝L1-L2 (3)
其中，L1为左油缸距离值，L2为右油缸距离值；
S300-拟合曲线，得出曲线表达式；
其中输出变量y为从油缸速度调节比例值，输入变量x表示主油缸从油缸行程误差值，拟合的特性曲线有如下的分段函数表达式：
前进时的特性曲线表达式为：
Figure GDA0003224450550000082
后退时的特性曲线表达式为：
Figure DA00032244505563056168
S400-根据所求的输出变量y，得出当前从油缸速度Vs，
Vs＝y·Vm (6)
其中Vm为从油缸初始速度，即主油缸的当前速度。计算得出从油缸的速度后，从油缸按照该速度运行，控制思路为主快从慢则从油缸加速追赶，主慢从快则从油缸减速等待。然后继续判断距离误差值ΔL是否满足精度要求|ΔL|≤|ΔLmax|，若不满足要求则返回第2步重新调节控制曲线参数。此时需增大最大调节比例值Rmax，减小最小调节比例值Rmin，增大最大允许的误差绝对值|ΔLmax|但不能超过10mm。
本发明提供的运输单元推移油缸的同步控制方法填补了边帮开采设备的油缸同步控制的空白，对于首次应用的边帮成套开采设备的顺利运行起着关键作用。该方法结合边帮开采设备运输单元的结构与驱动方式，采用所设计的特定特性曲线，实现了运输单元两侧推移油缸的同步控制，采用该方法进行同步控制后，两侧油缸行程误差能完全满足开采需求，且达到了理想的效果。采用特性曲线控制节省了开发成本，弥补了机械和液压设计误差。该同步控制方法的应用保证了边帮开采设备中主运输设备运输单元的稳定运行，提高了边帮开采的效率和质量。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种边帮开采运输单元推移油缸的同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100-从左右两侧的油缸中确定主油缸，从油缸；选取稳定性和跟随性好的油缸为主油缸，另一个为从油缸，以主油缸速度Vm为基准，调节从油缸速度Vs；
S200-确定控制曲线参数值；
控制曲线参数包括：最大调节比例值Rmax，最小调节比例值Rmin，最大允许的误差绝对值|ΔLmax|，左右两侧油缸同步的要求为|ΔLmax|≤10mm，当距离误差值绝对值|ΔL|＞|ΔLmax|时采用控制曲线来进行调节，使|ΔL|≤|ΔLmax|从而实现同步控制；
其中最大调节比例值为：
Figure FDA0003224450540000011
其中V0为正常速度，Vmax为最快速度；
最小调节比例值为：
Figure FDA0003224450540000012
其中V0为正常速度，Vmin为最慢速度；
最大允许的误差绝对值|ΔLmax|为距离误差值绝对值|ΔL|的最大允许值，距离误差值ΔL为：
ΔL＝L1-L2 (3)
其中，L1为左油缸距离值，L2为右油缸距离值；
S300-拟合曲线，得出曲线表达式；
控制曲线的输出变量y为从油缸速度调节比例值，输入变量x表示主油缸从油缸行程误差值，拟合的控制曲线有如下的分段函数表达式：
前进时的特性曲线表达式为：
Figure FDA0003224450540000021
后退时的特性曲线表达式为：
Figure FDA0003224450540000022
S400-根据所求的输出变量y，得出当前从油缸速度Vs，
Vs＝y·Vm (6)
其中Vm为从油缸初始速度，即主油缸的当前速度，然后继续判断距离误差值ΔL是否满足精度要求|ΔL|≤|ΔLmax|，若不满足要求则返回S200重新调节控制曲线参数，即增大最大调节比例值Rmax，减小最小调节比例值Rmin，增大最大允许的误差绝对值|ΔLmax|但不能超过10mm。
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