CN117027900A - 液压支架自动与人工协同控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压支架自动与人工协同控制方法，属于煤矿智能化技术领域。包括：根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略，所述液压支架人机协同控制策略包括人工式协同控制模态、分工式协同控制模态、批准式协同控制模态和否决式协同控制模态；根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式。本发明提供了一种液压支架自动与人工协同控制方法，通过该方法可以快速准确判别出对液压支架系统的人机协同控制策略，进而可以规范智能化采煤工作面人机协作方式，提高人机协作效率，进而提高煤炭开采效率，为智能综采工作面发展提供切实的理论方法和可行的技术路径。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿智能化技术领域，尤其涉及一种液压支架自动与人工协同控制方法。
背景技术
目前煤矿智能化工作面建设处于初级阶段，液压支架电液控自动化技术已相对成熟，其通过传感采集工作面环境、设备状态信息，根据采煤工艺要求设定液压支架多种控制模式的电液控程序，实现液压支架的升架、降架、移架、推溜、护帮板和伸缩梁等动作自动化控制。
然而，工作面生产场景是开采环境、综采装备和岗位工人共同组成的复杂场景，单一固化的闭环控制逻辑无法适应复杂、多变、动态的工作面生产场景，实际生产中液压支架跟机全自动化程序难以常态化应用，需人工在自动化基础上进一步对液压支架系统进行干预调控，这样才能更加有效完成开采任务。
那么，液压支架跟机全自动化程序与人工调控如何配合完成液压支架系统的控制，受到业内工作人员的广泛关注。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种液压支架自动与人工协同控制方法。本发明的技术方案如下：
一种液压支架自动与人工协同控制方法，其包括：
S1，根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略，所述液压支架人机协同控制策略包括人工式协同控制模态、分工式协同控制模态、批准式协同控制模态和否决式协同控制模态；
S2，根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式。
可选地，当所述液压支架人机协同控制策略为人工式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
人工现场或远程操作液压支架系统完成人工首次调控后，将人工首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
可选地，当所述液压支架人机协同控制策略为分工式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面提示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
可选地，当所述液压支架人机协同控制策略为批准式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工批准需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；人工在人机界面若批准，则液压支架系统通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控。
可选地，当所述液压支架人机协同控制策略为否决式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工否决需要人工再次调控的液压支架的架号控制参数；在预定时间内人工在人机界面若没有否决，则通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控；如果在预定时间内，人工在人机界面否决了当前操作建议，液压支架系统将不执行半自动降移升控制程序。
可选地，所述控制参数包括降柱时长、移架距离、移架时长、升柱时长、升柱目标压力。
可选地，所述S1在根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略时，包括：
S11，获取当前的人机协同控制策略影响因素集，所述人机协同控制策略影响因素集包括工作面地质环境状态集、液压支架系统状态集和岗位工状态集；
S12，将所述人机协同控制策略影响因素集输入预先建立的液压支架人机协同模态决策AOG模型；
S13，根据所述液压支架人机协同模态决策AOG模型的输出结果推荐液压支架人机协同控制策略。
可选地，所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控时，包括：
将操作参数输入智采工作面液压支架行为策略推荐模型，根据所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型的输出结果确定液压支架系统是否需要人工再次调控以及需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；所述操作参数包括跟机前后推移油缸行程变化量、跟机拉架距离、采煤机位置与被判断液压支架号差值绝对值和升柱后立柱压力值中的一种或几种的组合。
上述所有可选技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。
借由上述方案，本发明的有益效果如下：
通过根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略，并根据液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式，提供了一种液压支架自动与人工协同控制方法，通过该方法可以快速准确判别出对液压支架系统的人机协同控制策略，进而可以规范智能化采煤工作面人机协作方式，提高人机协作效率，进而提高煤炭开采效率，为智能综采工作面发展提供切实的理论方法和可行的技术路径。
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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是图1中步骤S2的具体实现过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的液压支架自动与人工协同控制方法，包括：
S1，根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略，所述液压支架人机协同控制策略包括人工式协同控制模态、分工式协同控制模态、批准式协同控制模态和否决式协同控制模态。
具体地，该步骤S1在具体实现时，可以包括如下步骤：
S11，获取当前的人机协同控制策略影响因素集，所述人机协同控制策略影响因素集包括工作面地质环境状态集、液压支架系统状态集和岗位工状态集；
S12，将所述人机协同控制策略影响因素集输入预先建立的液压支架人机协同模态决策AOG模型；
S13，根据所述液压支架人机协同模态决策AOG模型的输出结果推荐液压支架人机协同控制策略。
该部分的具体内容可以参专利CN116291659A-液压支架人机协同控制策略推荐方法中的相关内容，此次不再赘述。
S2，根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式。
结合上述四种液压支架人机协同控制策略，如图2所示，步骤S2在具体实现时，有如下四种情况。
第一种情况：当所述压支架人机协同控制策略为人工式协同控制模态时，
人工现场或远程操作液压支架系统完成人工首次调控后，将人工首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
第二种情况：当所述压支架人机协同控制策略为分工式协同控制模态时，
控制液压支架系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面提示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
其中，液压支架中部跟机全自动化程序是指在工作面约100多台（举例）液压支架的情况下，根据采煤工艺设计，以采煤机位置为判断，控制整体液压支架跟随采煤机推进，完成预设的工作流程，无需人工干预的控制程序。
第三种情况：当所述压支架人机协同控制策略为批准式协同控制模态时，
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工批准需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；人工在人机界面若批准，则液压支架系统通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控。
其中，半自动降移升控制程序是指在全自动控制的基础上，增加了人工操作的环节。具体表现在，可以通过人工来控制某台液压支架的降移升过程中的关键参数，比如，降柱时长、移架距离（人工拉架调整量）、移架时长、升柱时长和升柱目标压力等，这些关键参数是否符合规范将直接影响采煤工作面的效率。
第四种情况：当所述压支架人机协同控制策略为否决式协同控制模态时，
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工否决需要人工再次调控的液压支架的架号控制参数；在预定时间内人工在人机界面若没有否决，则通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控；如果在预定时间内，人工在人机界面否决了当前操作建议，液压支架系统将不执行半自动降移升控制程序。其中，预定时长由图2中的定时器T进行限定。
上述控制参数包括至少降柱时长、移架距离、升柱时长、移架时长、升柱目标压力等。
在具体实施时，所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控时，可以通过如下方式来实现：将操作参数输入智采工作面液压支架行为策略推荐模型，根据所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型的输出结果确定液压支架系统是否需要人工再次调控以及需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；所述操作参数包括跟机前后推移油缸行程变化量、跟机拉架距离、采煤机位置与被判断液压支架号差值绝对值和升柱后立柱压力值中的一种或几种的组合。
具体地，智采工作面液压支架行为策略推荐模型在推理上述控制参数时，可以通过如下方式来实现：降柱时长和升柱时长可以对综采设备的历史数据进行样本统计分析得出，优选地，降柱时长和升柱时长为2-5s。对于没有安装惯导的智采工作面，采取行程累积值计算法确定移架距离；对于已安装惯导的智采工作面，利用惯导计算移架距离。移架时长通常与自动跟机前后推移油缸行程变化量和自动跟机首次拉架距离具有一定的相关性，本实施例采用贝叶斯回归模型确定移架时长与自动跟机前后推移油缸行程变化量和自动跟机首次拉架距离之间的关系，即将自动跟机前后推移油缸行程变化量和自动跟机首次拉架距离输入贝叶斯回归模型计算移架时长。升柱目标压力可以根据本台液压支架相邻两侧的各N台液压支架的立柱压力值进行计算，设每个液压支架的立柱压力值分别为yi（1≤i≤2N），则本台液压支架的升柱目标压力的取值y可表示为：y=（y1+y2+……+y2N）/2N。
需要说明的是，在通过根据所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型的输出结果确定液压支架系统是否需要人工再次调控以及需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数时，可以通过智采工作面历史生产状态的综采设备历史数据先训练智采工作面液压支架行为策略推荐模型，以获得准确的智采工作面液压支架行为策略推荐模型。本实施例对训练过程不作详细阐述。
通过上述步骤即可在综采工作面完成当前割煤刀对液压支架系统的人机协同控制。当液压支架系统再次调控执行完成后，返回步骤S1，继续进行下一割煤刀的液压支架人机协同控制策略，以此循环。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，包括：
S1，根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略，所述液压支架人机协同控制策略包括人工式协同控制模态、分工式协同控制模态、批准式协同控制模态和否决式协同控制模态；
S2，根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式。
2.根据权利要求1所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，当所述液压支架人机协同控制策略为人工式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
人工现场或远程操作液压支架系统完成人工首次调控后，将人工首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
3.根据权利要求1所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，当所述液压支架人机协同控制策略为分工式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面提示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，并通过人机界面提示进行人工再次调控。
4.根据权利要求1所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，当所述液压支架人机协同控制策略为批准式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工批准需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；人工在人机界面若批准，则液压支架系统通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控。
5.根据权利要求1所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，当所述液压支架人机协同控制策略为否决式协同控制模态时，所述S2在根据所述液压支架人机协同控制策略确定液压支架系统的控制决策和执行方式时，包括：
控制液压支架自动控制系统执行液压支架中部跟机全自动化程序完成系统首次调控后，将系统首次调控完之后的操作参数同步到智采工作面液压支架行为策略推荐模型中，由智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控；如果不需要人工再次调控，则在人机界面中显示液压支架系统操作正常，无需人工再次调控；如果需要人工再次调控，则在人机界面中显示需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数，同时将架号和控制参数发送到半自动降移升控制程序中，请求人工否决需要人工再次调控的液压支架的架号控制参数；在预定时间内人工在人机界面若没有否决，则通过半自动降移升控制程序完成系统再次调控；如果在预定时间内，人工在人机界面否决了当前操作建议，液压支架系统将不执行半自动降移升控制程序。
6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，所述控制参数包括降柱时长、移架距离、移架时长、升柱时长、升柱目标压力。
7.根据权利要求1所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，所述S1在根据液压支架当前的人机协同控制策略影响因素集选择液压支架人机协同控制策略时，包括：
S11，获取当前的人机协同控制策略影响因素集，所述人机协同控制策略影响因素集包括工作面地质环境状态集、液压支架系统状态集和岗位工状态集；
S12，将所述人机协同控制策略影响因素集输入预先建立的液压支架人机协同模态决策AOG模型；
S13，根据所述液压支架人机协同模态决策AOG模型的输出结果推荐液压支架人机协同控制策略。
8.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的液压支架自动与人工协同控制方法，其特征在于，所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型推理出液压支架系统是否需要人工再次调控时，包括：
将操作参数输入智采工作面液压支架行为策略推荐模型，根据所述智采工作面液压支架行为策略推荐模型的输出结果确定液压支架系统是否需要人工再次调控以及需要人工再次调控的液压支架的架号和控制参数；所述操作参数包括跟机前后推移油缸行程变化量、跟机拉架距离、采煤机位置与被判断液压支架号差值绝对值和升柱后立柱压力值中的一种或几种的组合。
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|---|---|
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