CN111963223A - 一种连采机锚杆臂引导定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连采机锚杆臂引导定位方法及装置，涉及锚杆臂定位技术领域，主要目的在于实现连采机锚杆臂的精确控制，使锚杆的插入位置与工艺设计高精度相符，提高掘进工作面的支护质量。所述方法包括：接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。本发明适用于连采机锚杆臂的引导定位。
Description
技术领域
本发明涉及锚杆臂引导定位技术领域，特别是涉及一种连采机锚杆臂引导定位方法及装置。
背景技术
煤炭采掘之后，为了对工作面巷道进行支护加固，需利用专用的锚杆机插入锚杆。随着井下设备功能的不断完善，为了解决在狭窄巷道内锚杆机与掘进设备不易错车的问题，近些年来，多数掘进机与连采机机身均集成了锚杆支护装置，可在掘进后立即对工作面顶部进行加固，实现了设备的一体化，极大的提高了支护效率。其中，连采机的机身远大于掘进机，具有机身体型大、采掘效率高、配套设施及功能齐全等特点，在连采机上，可以通过设计搭载更多的检测、控制以及动作装置，以自动完成更为复杂的采掘工艺，同时，较大的机身也可以提供工具及物料的储存与摆放空间，并为工作人员提供更为稳定宽敞舒适的工作平台。因此，连采机上一般配备有功能更为齐全的自动锚杆支护装置，可以将锚杆自动的打入煤炭的采掘面，进行巷道加固处理，简化了支护工艺，也使采掘施工更加的安全便捷。
目前，对采掘面的锚杆支护工艺中，通常是利用连采机的锚杆臂直接推入锚杆，锚杆推入巷道顶部的位置由锚杆臂支架的臂展宽度决定，该宽度由操作人员通过操作遥控器或按钮进行点动控制，以视觉及经验或者机械定位槽等方式对锚杆臂的对准位置进行选定与判断。故此，锚杆的实际插入点与工艺设计的误差较大，支护效果不能达到最优。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种连采机锚杆臂引导定位方法及装置，主要目的在于能够解决锚杆实际插入点与工艺设计的误差大，支护效果差的问题。
依据本发明一个方面，提供了一种连采机锚杆臂引导定位方法，包括：
接收到位移信号时，切换为粗调模式；
根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；
接收到坐标信号时，切换为精调模式；
根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内，包括：
根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述利用预设的粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内，包括：
将所述液压缸电磁阀占空比与预设的粗调模式下的采样周期的乘积，确定为粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示粗调模式下的液压缸电磁阀的开启时间，ttotal1表示预设的粗调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用所述粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值，包括：
根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值，包括：
将所述液压缸电磁阀占空比与预设的精调模式下的采样周期的乘积，确定为精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen2＝ttotal2·k
其中，topen2表示精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，ttotal2表示预设的精调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
可选地，所述根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比之前，所述方法还包括：
根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标；
利用预设的卡尔曼滤波算法，对所述光斑的中心点坐标进行滤波处理，得到坐标信号。
可选地，所述根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，包括：
根据预设的重心算法、预设的光敏管重心质量权重以及通过巡检获得的光敏管横坐标，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，所述预设的重心算法包括：
其中：x表示投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，m、n分别表示光敏管阵列的行、列数量，i、j分别表示当前巡检的光敏管的行、列坐标，τij表示当前光敏管的重心质量权重，xij表示当前所巡检的光敏管列的横坐标，s表示当前受到激光照射的光敏管的总数。
依据本发明二个方面，提供了一种连采机锚杆臂引导定位装置，包括：
粗调单元，用于接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；
精调单元，用于接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述粗调单元，包括：
第一处理模块，用于根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第一调节模块，用于利用液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述第一调节模块具体还用于将所述液压缸电磁阀占空比与预设的粗调模式下的采样周期的乘积，确定为粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示粗调模式下的液压缸电磁阀的开启时间，ttotal1表示预设的粗调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用所述粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述精调单元，包括：
第二处理单元，用于根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第二调节单元，用于利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述第二调节单元具体用于将所述液压缸电磁阀占空比与预设的精调模式下的采样周期的乘积，确定为精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，ttotal1表示预设的精调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
可选地，所述装置还包括：
第三处理单元，用于根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标；
第四处理单元，用于利用预设的卡尔曼滤波算法，对所述光斑的中心点坐标进行滤波处理，得到坐标信号。
所述第三处理单元具体用于根据预设的重心算法、预设的光敏管重心质量权重以及通过巡检获得的光敏管横坐标，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，所述预设的重心算法包括：
其中：x表示投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，m、n分别表示光敏管阵列的行、列数量，i、j分别表示当前巡检的光敏管的行、列坐标，τij表示当前光敏管的重心质量权重，xij表示当前所巡检的光敏管列的横坐标，s表示当前受到激光照射的光敏管的总数。
本发明提供一种连采机锚杆臂引导定位方法及装置，与现有技术利用连采机的锚杆臂直接推入锚杆，锚杆推入巷道顶部的位置由锚杆臂支架的臂展宽度决定，该宽度由操作人员通过操作遥控器或按钮进行点动控制，以视觉及经验或者机械定位槽等方式对锚杆臂的对准位置进行选定与判断相比，本发明通过接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。从而能够引导锚杆臂精确定位至设计指标，以减小锚杆的实际插入点与工艺设计的误差，提高锚杆支护效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种连采机锚杆臂引导定位方法流程图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种连采机锚杆臂引导定位方法流程图；
图3示出了本发明实施例提供的一种信号示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种光敏管坐标系示意图；
图5示出了本发明实施例提供的一种控制结构图；
图6示出了本发明实施例提供的一种粗调-精调参数切换器示意图；
图7示出了本发明实施例提供的一种阀门开关占空比控制器时序图；
图8示出了本发明实施例提供的一种连采机锚杆臂引导定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如背景技术所述，目前，对采掘面的锚杆支护工艺中，通常是利用连采机的锚杆臂直接推入锚杆，锚杆推入巷道顶部的位置由锚杆臂支架的臂展宽度决定，该宽度由操作人员通过操作遥控器或按钮进行点动控制，以视觉及经验或者机械定位槽等方式对锚杆臂的对准位置进行选定与判断。故此，锚杆的实际插入点与工艺设计的误差较大，支护效果不能达到最优。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种连采机锚杆臂引导定位方法，如图1所示，所述方法包括：
101、接收到位移信号时，切换为粗调模式。
其中，所述位移信号具体可以为利用安装在连采机锚杆臂上的拉线位移传感器检测得到。所述位移信号可以用于展示锚杆臂臂展宽度数值，从而判断所述锚杆臂臂展宽度是否接近预设阈值。所述粗调模式为本发明实施例中的一种锚杆臂调节方式，其执行主体可以为PLC逻辑控制终端，相对于精调模式而言，粗调模式下，可以利用接收到的位移信号，对臂展宽度进行调节，由于粗调模式中只需令臂展宽度达到一个阈值范围，而不是精确调节至一个点，因此，在调节过程中，可以设置比精调模式更长的信号采样周期，从而快速将连采机锚杆臂调节至预设的阈值。
需要说明的是，在实际应用场景中，粗调模式和精调模式可以根据当前接收的信号进行切换。若当前仅接收到拉线位移传感器反馈的位移信号，则自动切换为粗调模式，将粗调模式下预设的采样周期等参数配置给相应的处理单元，从而实现对连采机锚杆臂的粗调控制。
102、根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内。
其中，所述预设阈值可以为连采机锚杆臂臂展宽度工艺设计值的浮动区间，如所述锚杆臂臂展宽度工艺设计值为坐标(10，12)，则粗调模式下，所述预设阈值可以设置为所述坐标的一个区间值，如{[5，15]，[7，17]}即将纵坐标调节至[5，15]区间范围内，将横坐标调节至[7，17]区间范围内，从而使所述锚杆臂臂展宽度接近预设阈值，以便于后续在预设阈值范围内再进行精调控制。
103、接收到坐标信号时，切换为精调模式。
其中，其中，所述坐标信号具体可以为安装在锚杆臂上的激光接收器接收激光导向装置发射的激光后生成的。所述坐标信号可以用于对锚杆臂进行精确引导定位。所述精调模式为本发明实施例中的一种锚杆臂调节方式，其执行主体可以为PLC逻辑控制终端，精调模式下，可以利用接收到的坐标信号，对臂展宽度进行调节，由于精调模式需要将所述锚杆臂准确引导定位至工艺设计数值，因此，在调节过程中，可以设置较短的信号采样周期，从而能够实现精确定位。
需要说明的是，在实际应用场景中，粗调模式和精调模式可以根据当前接收的信号进行切换。若当前在接收到拉线位移传感器反馈的位移信号的同时还接收到激光接收机反馈的的坐标信号，则可以自动切换为精调模式，将精调模式下预设的采样周期等参数配置给相应的处理单元，从而实现对连采机锚杆臂的精调控制。
104、根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
其中，所述预设阈值可以为连采机锚杆臂臂展宽度工艺设计值。例如，要将所述锚杆臂调节至坐标(10，12)，经过粗调模式的调节，当前锚杆臂已经调节至坐标(8，13)，则此时，可以通过调节安装在锚杆臂上的电磁阀液压缸开闭，从而控制锚杆臂臂展宽度，将所述锚杆臂调节至预设的阈值。
本发明实施例提供了另一种连采机锚杆臂引导定位方法，如图2所示，该方法包括：
201、接收到位移信号时，切换为粗调模式。
本步骤与图1所示的步骤101方法相同，在此不再赘述。
202、根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内。
本步骤与图1所示的步骤102方法相同，在此不再赘述。
对于本发明实施例，所述步骤202具体可以包括：根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
其中，所述PID控制算法是一种线性调节算法，可以将给定值与实际输出值的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。所述PID控制算法是自动控制领域的常见算法，本发明实施例在此不做具体说明。所述液压缸电磁阀占空比具体可以为液压缸电磁阀的开度百分比，即在一个脉冲循环内，液压缸电磁阀的开启时间相对于总时间所占的比例。根据所述液压缸电磁阀占空比可以对所述液压缸电磁阀进行控制，从而调节锚杆臂臂展宽度至接近预设阈值。具体地，利用所述PID控制算法，将所述位移信号作为输入量，可以得到输出量为液压缸电磁阀占空比，利用所述液压缸电磁阀占空比算法以及所述液压缸电磁阀占空比，可以对安装在锚杆臂上的液压缸电磁阀进行控制，从而调节锚杆臂臂展宽度至接近预设阈值。
对于本发明实施例，所述利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内，具体可以包括：将所述液压缸电磁阀占空比与预设的粗调模式下的采样周期的乘积，确定为粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间；利用所述粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
其中，所述粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示粗调模式下的液压缸电磁阀的开启时间，ttotal1表示预设的粗调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
具体地，可以将所述液压缸电磁阀占空比预设的粗调模式采样周期的乘积，确定为所述液压缸电磁阀的单次开启时间，利用所述液压缸电磁阀的单次开启时间对所述液压缸电磁阀进行控制，从而调节锚杆臂臂展宽度至接近预设阈值。
203、接收到坐标信号时，切换为精调模式。
本步骤与图1所示的步骤103方法相同，在此不再赘述。
204、根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标。
其中，所述重心算法可以用于计算光斑的中心点坐标。所述光敏管信号具体可以为由安装在锚杆臂上的激光接收器反馈的。所述激光接收器可以为由光敏管紧凑排列而成矩形阵列，其中位于中心的光敏管位置被定义为激光接收器光敏管坐标的零点，其余光敏管坐标符合平面直角坐标系的坐标规则，多个光敏管信号通过锁存器传送至单片机的巡检输入总线中，在单片机的地址总线控制下交替的读取各列光敏管的信号导通情况。单片机巡检总线按列巡检，巡检的子循环次数即为光敏管的横坐标，信号在总线宽度上所占的位置即为光敏管的纵坐标。一次巡检循环完毕，则单片机可将光敏管坐标系内所有光敏管的激光照射状态全部读取完毕。如图2所示，示出了激光导向装置所发射的激光照射在激光接收器上并形成光斑以及光敏管的导通情况示意图，每个巡检循环结束后，单片机通过算法求解光敏管坐标系内光斑的中心点位置，其中心点位置可通过如下公式计算：
其中，x表示光敏管坐标系中光斑的中心点坐标；m、n分别表示光敏管阵列的行、列数量，i、j分别表示当前巡检的光敏管的行、列坐标；xij表示当前所巡检的光敏管列的横坐标，s表示当前受到激光照射的光敏管的总数。τij表示当前光敏管的重心质量权重。当采用开关式光敏管时，其数值0或1，即当光敏管受到激光照射时该值为1，当光敏管未受到激光照射时该值为0。当采用强度式光敏管时，需要在巡检采样总线中加装信号放大电路与模数电路，以便在巡检时可使单片机接收到光敏管采样的光强度信号，此时，τij的值应当等于光敏管的采样值。
205、利用预设的卡尔曼滤波算法，对所述光斑的中心点坐标进行滤波处理，得到坐标信号。
其中，所述卡尔曼滤波算法是是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。对于本发明实施例，在实际应用场景中，激光束在光敏管坐标系内将形成圆形光斑，但由于光敏管在坐标系内的排列为矩形，且受限于焊接工艺其密集程度不可能做到无限大，因此光敏管坐标系的分辨率也就无法做到很大，故此圆形光斑在有限分辨率的矩形坐标系内的投影也就无法是标准的圆形，其边缘处不可避免的会产生齿状部分；由于光敏管采用的巡检方式进行信号的读取，由于巡检总线时钟周期，不同列的光敏管，其状态读取时间也有微小差异，若在巡检总线的不同工作周期中光斑位置发生移动，则本次采样所获得的最终光斑形状将与光斑的实际形状及位置有所不同；当激光照射到激光接收器上时，会在被照射到的光敏管上发生漫反射，使附近原本没有被激光所照射到的光敏管也接收到激光信号，造成测量上的误差；同时，由于激光导向装置、激光接收器均安装于连采机上，当连采机工作运转时，机械部件的震动传递至激光部件上将会造成光斑在光敏管坐标系内的移动，上述两种采样效应在激光接收器的采样过程中广泛存在，因此光斑中心不能够简单的等效为光斑在光敏管坐标系内投影所形成的圆形的几何中心。
为了应对上述几种光斑采样时的主要干扰形式，提高激光光斑中心坐标的采样精度和稳定性，本发明采用卡尔曼滤波算法对光斑中心的坐标位置进行滤波，以减小因干扰而造成的检测误差，其算法如下：
Pk＝APk-1AT+Q；
其中：
表示预测值；
表示前一周期的后验状态估计值；
表示当前周期的后验状态估计值；H表示状态变量到测量的转换矩阵；HT表示矩阵H的矩阵转置；Pk-1表示前一周期的后验估计协方差；Pk表示当前周期的后验估计协方差；
表示当前周期的先验估计协方差；Zk表示当前输入值；Kk表示卡尔曼增益矩阵；A表示状态转移矩阵；AT表示矩阵A的矩阵转置；Q表示噪声干扰的协方差；R表示测量干扰的协方差；B表示输入转为状态的矩阵；I表示单位矩阵。
在本发明实施例中，由于系统的光斑中心坐标值维度为1，因此，前述矩阵的维度均为1，即可将上述公式通过代数计算的方式进行运算。特殊情况下，当A和B的维度为1且其数值为常数时，上述公式等效于惯性滤波器，故此，在工程中，当单片机的运算资源不足时，可通过设置参数将上述滤波器转换为惯性滤波器，当单片机拥有较为充足的运算资源时，则采用卡尔曼滤波器进行工作，此种设计提升了系统的适应能力，同时兼顾了硬件资源的实际承受能力，且其修改参数简便，仅需修改上述公式中的A与B的数值即可完成功能的转换。
另外，由于锚杆臂导轨只有一个动作维度，光敏管坐标系仅需要反馈光斑中心点的横坐标即可，而无需对纵坐标进行重心计算，极大的减少了激光接收器单片机的运算量，提高了采样效率。当锚杆臂装有y轴方向的滑轨时，则需计算并反馈光斑中心点的纵坐标，其运算与滤波方式与横坐标相同。激光接收器单片机经过上述巡检采样以及滤波算法后，利用CAN总线，经过CAN隔离模块将光斑中心坐标发送至PLC，以作为锚杆臂的当前位置反馈量用于精调控制。
206、根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
本步骤与图1所示的步骤104方法相同，在此不再赘述。
对于本发明实施例，所述步骤206具体可以包括：根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
其中，所述PID控制算法的执行主体可以为PLC逻辑控制终端，所述PLC接收激光接收器反馈的采样信号，并通过PID控制算法对采样数据进行运算，得到精调模式下的占空比。通过PLC的数字信号输出模块，即DO模块，可以对液压缸电磁阀发出命令，从而将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。优选地，所述PLC可以包括SYMC品牌PLC。
PLC发出的DO信号被接入液压缸电磁阀，通过控制电磁阀达到控制液压缸伸缩的目的。该类电磁阀可以为开闭型电磁阀，仅有打开与关闭两种状态，因此，无法通过发送模拟量控制信号调整其开度进而控制液压油的流量。本发明通过调整电磁阀开闭时间达到等效控制液压油流量的目的，其控制算法与粗调模式下的控制算法相同，显然，ttotal的数值越小，单位时间内电磁阀占空比调制越精确，进而控制量的执行也更为精确，在调制时间很短时这种效应更为显著。但是，由于电磁阀的工作原理是通过线圈带动衔铁往复动作，其频繁的反复开启对于衔铁以及阀芯的密封阻断部件具有显著的磨损效应，同时，电磁阀的开启与关闭也需要占用一定的动作时间，频繁的开启与关闭电磁阀则会使动作时间占比增多，该时间在采样周期中占比过大则会影响液压缸电磁阀的控制精度。因此，在工程实践中，采样周期ttotal不宜过小，以有效延长电磁阀的使用寿命，达到控制精度上的平衡。作为一种优选方案，在本发明中，粗调过程中ttotal选为2秒，由于精调过程对电磁阀的控制精度要求更高，且其所占总调节时间较短，对于电磁阀造成的磨损在可接受的范围内，可以适当选用更短的采样周期，因此，本发明的精调过程中ttotal选定为0.5秒。
对于本发明实施例，所述利用预设的液压缸电磁阀占空比算法以及所述液压缸电磁阀占空比，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值，具体可以包括：将所述液压缸电磁阀占空比与预设的精调模式采样周期的乘积，确定为所述液压缸电磁阀的开启时间；利用所述液压缸电磁阀的开启时间对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
本发明提供一种连采机锚杆臂引导定位方法，通过接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。从而能够引导锚杆臂精确定位至设计指标，以减小锚杆的实际插入点与工艺设计的误差，提高锚杆支护效果。
进一步地，作为图1的具体实现，本发明实施例提供了一种连采机锚杆臂引导定位装置，如图3所示，所述装置包括：粗调单元31和精调单元32。
所述粗调单元31，可以用于接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；
所述精调单元32，可以用于接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述粗调单元31，包括：
第一处理模块311，可以用于根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第一调节模块312，可以用于利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述第一调节模块312具体可以用于将所述液压缸电磁阀占空比与预设的粗调模式下的采样周期的乘积，确定为粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示粗调模式下的液压缸电磁阀的开启时间，ttotal1表示预设的粗调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用所述粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
进一步地，所述精调单元32，包括：
第二处理单元321，可以用于根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第二调节单元322，可以用于利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
进一步地，所述第二调节单元322具体可以用于将所述液压缸电磁阀占空比与预设的精调模式下的采样周期的乘积，确定为精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen2＝ttotal2·k
其中，topen2表示精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，ttotal2表示预设的精调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
可选地，所述装置还包括：
第三处理单元33，可以用于根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标；
第四处理单元34，可以用于利用预设的卡尔曼滤波算法，对所述光斑的中心点坐标进行滤波处理，得到坐标信号。
所述第三处理单元33具体可以用于根据预设的重心算法、预设的光敏管重心质量权重以及通过巡检获得的光敏管横坐标，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，所述预设的重心算法包括：
其中：x表示投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，m、n分别表示光敏管阵列的行、列数量，i、j分别表示当前巡检的光敏管的行、列坐标，τij表示当前光敏管的重心质量权重，xij表示当前所巡检的光敏管列的横坐标，s表示当前受到激光照射的光敏管的总数。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种连采机锚杆臂引导定位装置所涉及各功能模块的其他相应描述，可以参考图1所示方法的对应描述，在此不再赘述。
通过本发明的技术方案，能够通过接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值从而能够引导锚杆臂精确定位至设计指标，以减小锚杆的实际插入点与工艺设计的误差，提高锚杆支护效果。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连采机锚杆臂引导定位方法，其特征在于，包括：
接收到位移信号时，切换为粗调模式；
根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；
接收到坐标信号时，切换为精调模式；
根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内，包括：
根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预设的粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内，包括：
将所述液压缸电磁阀占空比与预设的粗调模式下的采样周期的乘积，确定为粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen1＝ttotal1·k
其中，topen1表示粗调模式下的液压缸电磁阀的开启时间，ttotal1表示预设的粗调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用所述粗调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值，包括：
根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值，包括：
将所述液压缸电磁阀占空比与预设的精调模式下的采样周期的乘积，确定为精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，所述精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法包括：
topen2＝ttotal2·k
其中，topen2表示精调模式下的液压缸电磁阀开启时间，ttotal2表示预设的精调模式下的采样周期，k表示液压缸电磁阀占空比；
利用精调模式下的液压缸电磁阀开启时间对液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比之前，所述方法还包括：
根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标；
利用预设的卡尔曼滤波算法，对所述光斑的中心点坐标进行滤波处理，得到坐标信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据预设的重心算法，对获取的光敏管信号进行处理，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，包括：
根据预设的重心算法、预设的光敏管重心质量权重以及通过巡检获得的光敏管横坐标，得到投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，所述预设的重心算法包括：
其中：x表示投射在光敏管坐标系中的光斑的中心点坐标，m、n分别表示光敏管阵列的行、列数量，i、j分别表示当前巡检的光敏管的行、列坐标，τij表示当前光敏管的重心质量权重，xij表示当前所巡检的光敏管列的横坐标，s表示当前受到激光照射的光敏管的总数。
8.一种连采机锚杆臂引导定位装置，其特征在于，包括：
粗调单元，用于接收到位移信号时，切换为粗调模式；根据所述位移信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，使所述锚杆臂臂展宽度达到预设的阈值区间内；
精调单元，用于接收到坐标信号时，切换为精调模式；根据所述坐标信号，对锚杆臂臂展宽度进行调节，将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述粗调单元，包括：
第一处理模块，用于根据PID控制算法对接收的位移信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第一调节模块，用于利用粗调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的粗调模式下的采样周期，对液压缸电磁阀进行控制，以调节锚杆臂臂展宽度至预设的阈值区间内。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述精调单元，包括：
第二处理单元，用于根据PID控制算法对接收的坐标信号进行处理，得到液压缸电磁阀占空比；
第二调节模块，用于利用精调模式下的液压缸电磁阀占空比算法、所述液压缸电磁阀占空比以及预设的精调模式下的采样周期，对所述液压缸电磁阀进行控制，以将所述锚杆臂臂展宽度精确定位至所述预设阈值。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113790063A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-14 | 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 | 定位试验台 |
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2020
- 2020-08-07 CN CN202010787849.3A patent/CN111963223A/zh active Pending
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