SU1073455A1 - Система управлени движением проходческого щита - Google Patents

Abstract

СИСТЕМА УПГ АВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА, содержаща  оптический задатчик направлени , зеркальную отклон юн1ую призму с приводом и блоком управлени , приводо.м, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерени  пройденного рассто ни  и фотоэлектрическ.ой след щей системы щелевой диафрагмы, матрицу с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к перво.му входу управл ющего блока , отличающа с  тем, что, с упрощени  конструкции и повыщени  точности управлени , система снабжена усилителем с регулируемым коэффициентом усилени , задатчиком , блоком пам ти, двум  блоками сравнени  и блоком вычислени  второй координаты оси щита, выполненным в виде двух инте(раторов и двух сумматоров, при . это.м первый вход первого интегратора соединен с выходом усилител  с регулируемым коэффициентом усилени , а выход.подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумма тора, выход кото.рого подключен к второму входу первого интегратора, первому входу второго интегратора и второму входу управл ющего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первоS го интегратора, выход управл ющего блока соединен с первым входом усилител  с ре (Л гулируемым коэффициентом усилени , второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , соответствующие входы которого подключены к выходам .ика и второго блока сравнени , первый вход которого соединен с выходом блока пам ти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнени  подключены к выходу измерительного блока. со 4 ел ел

Description

Изобретение относитс  к горной автоматике , в частности к устройствам дл  направленного движени  горнопроходческих машин. Известна система управлени  движением горной машины, содержаща  оптический задатчик направлени , фотоприемный блок, измерительный блок, дальномер, привод поворота , зеркальную отклон юш,ую призму, расположенную между оптическим задатчиком направлени  и проходческим щитом . Однако така  система не обеспечивает требуемой точности управлени  из-за отсутстви  контрол  действительного поворота зеркальной отклон ющей призмы и нечувствительности к изменени м внешних условий. Кроме того, наличие в фотоприемном блоке двух матриц с фотоэлементами не позвол ет использовать систему на щитах малого диаметра . Известна также система управлени  движением проходческого щита, содержаща  оптический задатчик направлени , зеркальную отклон ющую призму с приводом и блоком управлени  приводом, две матрицы с фотоэлементами, св занные с измерительным блоком, блок измерени  пройденного рассто ни , управл ющий блок, фотоэлектрическую след щую систему щелевой диафрагмы с датчиком перемещений, установленную между зеркальной отклон ющей призмой и матрицей с фотоэлементами 2. Указанна  система не обеспечивает требуемой точности управлени , так как не учитывает изменение внешних условий. Кроме того, система не может быть ис юльзована на щитах малого диаметра, так как содержит две матрицы с фотоэлементами . Целью изобретени   вл етс  повышение точности управлени  и упрощение конструкции системы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что система управлени  движением проходческого щита, содержаща  оптический задатчик направлени , зеркальную отклон ющую призму с приводом и блоком управлени  приводом, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерени  Г1ройденного рассто ни  и фотоэлектрической след щей системы щелевой диафрагмы, матрицу и с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к первому входу управл ющего блока, дополнительно снабжена усилителем с регулируемым коэффици.; ентом усилени , задатчиком, блоком пам ти, двум  блоками сравнени  и блоком вычислени  второй координаты оси щита, выполненным в виде двух интеграторов и двух сумматоров, при этом, первый вход ., первого сумматора соединен с выходом усилител  с регулируемым коэффициентом усилени , а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого интегратора, первому вхрду второго интегратора и второму входу управл ющего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первого интегратора, выход управл ющегоблока соединен с первым входом усилител  с регулируемым коэффициентом усилени , второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , соответствующие входы которого подключены к выходам задатчика и второго блока сравнени , первый вход которого соединен с выходом блока пам ти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнени  подключен к выходу измерительного блока. На чертеже представлена блок-схема системы управлени  движением проходческого щита. Система состоит из оптического задатчика направлени  1 (лазера), зеркальной отклон ющей призмы 2, котора  может поворачиватьс  вокруг своей вертикальной оси приводом с блоком 3 управлени  приводом. Угол поворота луча измер етс  фотоэлектрической след щей системой щелевой диафрагмы 4, снабженной матрицей 5 с фотоэлементами , установленной между зеркальной призмой отклон ющей 2 и проходческим щито.м и св занной с блоком 6 усилителей, с электродвигателем 7, с винтовой передачей 8 и датчиком 9 перемещений , который соединен с блоком 3 управлени  приводом и установлен как и все перечисленные элементы на обделке тоннел . Дл  измерени  величины отклонени  контролируемой точки от заданного направлени  6 служит матрица с фотоэлементами 10, соединенна  с измерительным блоком 11. Втора  координата оси щита (например, курсовой угол) определ етс  блоком 12 вычислени  второй координаты оси щита, который состоит из первого интегратора 13, выход которого подключен к входу первого сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока 11, а выход св зан с входами первого интегратора 13 и второго интегратора 15. Выход второго интегратора 15 соединен-с входом второго сумматора 16, выход которого св зан с входами интеграторов 13 и сумматора 17 управл ющего блока 18, содержащего дифференцирующий элемент 19, формирователь модул  20, сумматор 21, входы которого соединены с выходо.м сумматора 17. Второй вход . сумматора 21 подключен к выходу блока 22 умножени , входы которого св -. заны с выходами формировател  модул  20 и дифференцирующего элемента 19. Угол поворота зеркальной призмы 2 зависит от величины сигнала на выходе блока 23, измерени  пройденного рассто ни , содержащего индуктивный датчик 24, подвижна  катушка которого св зана со штоком механизма 25 перемещени  с приводом 26 посредством электромагнитного механизма 27 расцеплени , вход которого св зан с выходом датчика 28 начала движени  и соедин ющего жестко подвижную катушку-индуктивного датчика 24 и механизмом 25 перемешени  только на врем  движени  щита, что исключает накапливание ошибки за счет холостого хода и деформации обделки тоннел . Кроме того, блок 23 включает выпр митель 29 и реле 30, соединенное через счетчик 31 с сумматором 32 пройденного рассто ни . Дл  того, чтобы учесть измен ющиес  -в процессе движени  щита внешние воздействи , выход измерительного блока I1 соединен с входами задатчика 33, блока пам ти 34 и второго элемента сравнени  35, второй вход которого соединен с выходом блока пам ти 34, а выход св зан с входом первого блока сравнени  36, второй вход которого подключен к, выходу задатчика 33. Выход блока сравнени  36 св зан с входом усилител  37 с регулируемым коэффициентом усилени , второй вход которого соединен с выходом сумматора 21, а выход - с входом блока 38 реле. Предлагаема  система работает следующим образом. С помощью луча лазера 1 задаетс  нужное направление движени . Луч, проход  через зеркальную отклон ющую призму 2 и отверстие в матрице 5 щелевой диафрагмы 4, поступает на. матрицу с фотоэлементами 10, котора  совместно с измерительным блоком 11 осуществл ет измерение отклонени  контролируемой точки. Блоком 12 вычислени  второй координаты оси щита производитс  определение курсового угла на основании сигналов, поступающих с измерительного блока 11 и усилител  37. Алгоритм работы блока 12 вычислени  второй координаты оси щита имеет следующий вид: ot КоУ -К,о() ; , где (Х -курсовой угол продольной щита-с бсью выработки; Y -отклонение контролируемой точки; си -углова  скорость поворота щита; управл ющий сигнал; -1 -посто нные коэффициенты, определ емые параметрами объекта управлени . Согласно алгоритму работы блока 12

вычислени  второй координаты оси щита на входе интегратора 13 происходит суммиро&ание сигналов, пропорциональных управгидродомкратами щита, недостаточна дл  преодолени  сил сопротивлени , завис щих от свойств горных пород. В свою очередь л ющему сигналу U, угловой скорости (ц) и углу о; ,.На выходе интегратора 13 по вл етс  сигнал, пропорциональный угловой скорости поворота GO.. Однако в процессе работы щита, его параметры могут мен тьс . Поэтому координаты ои и . будут вычисл тьс  с ошибкой. Дл  того, чтобы исключить вли ние изменени  параметров щита на точность вычислени  ы и о(, на вход сумматоров 14 и 16 подаетс  сигнал, пропорциональный Y, величина которого также зависит от параметров щита. Таким образом, происходит корректировка сигналов W и л В соответствии с измен ющи.мис  параметрами щита., . На входе интегратора 15 происходит су.ммирование сигналов, пропорциональных (и и л . После интегрировани  сигнал, пропорциональный csJ суммируетс  с сигналом, пропорциональным Y на сумматоре 16. Этим осуществл етс  корректировка сигнала, пропорционального л согласно описанному выше. Так, на основании управл ющего сигнала и и сигнала, пропорционального Y, происходит вычисление второй координаты оси щита, т.е. угла л . Все описанное выше относитс  к вычислению координат щита в плане. Аналогично происходит вычисление блоком 12 второй координаты оси щита в профиле, т.е. угла между продольной осью щита и проектным направлением. Втора  координата оси щита используетс  дл  формировани  управл ющего сигнала . Сигнал управлени  формируетс  управл ющим блоком 18 на основании сигналов с измерительного блока 11 и блока 12 вычислени  второй координаты оси щита. В управл ющем блоке 18 происходит дифференцирование суммарного сигнала дифференцирующим элементом 19, определение его модул  формирователем 20, перемножение модул  и производной блоком 22 умножени  и сложение с суммарным сигналом на сумматоре 21. После этого сигнал усиленный усилителем 37 поступает на блок 38 реле, который производит включение гидродомкратов перемещени . Алгоритм управлени  имеет вид u-x4xlf; где X - суммарный сигнал отклонени  на выходе сумматора 17. В процессе движени  щита может произойти увеличение крепости горных пород. Вследствие этого отклонение щита от заданного направлени  будет уменьшатьс  незначительно, или не уменьщитс  совсем. тзк как величина момента, создаваемого

момент, создаваемый гидродомкратами щита, зависит от ве,;нчины управл ющего сигнгЗ..}, величине которого определ етс  величггюй суммариогг) отклонени  х и коэффицисмггом усилени  усилител  37. Следовательно , если величина мо.мента гидродомкратов не)еме1иени  недостаточна дл  уменьшени  отклонени  шита от нроектного направлени ,, необходимо увеличить величину управл ющего сигнала путем увеличени  коэффициента усилени  усилител  37. Изменение коэффициента усилени  усилител  37 происходит под действием сигнала с выхода блока сравнени  36.

Об изменении крепости горных пород можно судить по величине скорости V движени  ндита к проектному направлению. Сравнение сигналов, пропорциональных действительной и заданной скорости движени  щита к проектно.му направлению, происходит в блоке сравнени  36, выходной сигнал которого измен ет коэффициент усилени  уси . ител  37. Фор.мирование сигнала, пропорционального заданной скорости, производитс  задатчиком 33.

Алгорит.м работы задатчика 33 имеет вид

V - KiX,

где V-заданна  скорость движени  щита «; проектному.направлению;

Kj -посто нный коэффициент, завис щий от свойств горных пород.

Из алгоритма видно, что чем больще отклонение щита от заданного направлени , те.м больще должна быть скорость его движени  к проектному направлению.

Сигнал, пропорциональный действительной скорости, формируетс  с помощью блоков 34 и 35, следующим образом. В блоке пам ти 34 происходит запоминание величины отклонений контролируемой точки в конце предыдущего продвига. Далее, на блоке 35 нроисходит сравнение си1-нала, пропордионального величине отклонени  в KOFIце текущего продвига, и сигнала с выхода блока 34. Сигнал на выходе блока сравнени  35 пропорционален действительно скорости движени  щита, так как скорость движени  вдоль проектного направлени  практически посто нна, следовательно посто нным можно считать и врем  одного продвига . Содержание блока пам ти 34 мен етс  в конце каждого продвига.

Задание направлени  движени  производитс  лучом лазера. Определение положени  щита относительно проектного направч лени  производитс  с помощью матрицы

С фотоэлементами 10 с измерительным блоком 11 и блока 12 вычислени  второй координаты оси щита (угла 4 между продольной осью щита и проектным направлением). На основании сигналов отклонени  контролируемой точки Y и угла производитс  формирование суммарного сигнала отклонени  X. Управление направлением движени  щита производитс  с помощью гидродомкратов перемещени , создающих момент, пропорциональный управл ющему сигналу. Управл юца ,пй сигнал формируетс  согласно алгорит.му по суммарному сигналу отклонени  X. Величина управл ющего сигнала может измен тьс  .усилителем 37, коэффициент усилени  которого зависит от разности действительной и заданной скоростей движени  щита к проектному направлению. Изменение действительной скорости, в свою очередь, определ етс  изменением свойств горных пород.

Поворот луча осуществл етс  призмой 2 при движении на криволинейцых участках тоннел  в функции пройденного щитом-пути. Сигнал с индуктивного датчика 24, пропорциональный величине перемещени  щита, поступает на выпр митель 29 и реле 30, которое срабатывает при перемещении щита на 1 м. Счетчик 31 отсчитывает в метрах рассто ние, прейденное щитом, которое в сумматоре 32 складываетс  с рассто нием в мм (см), поступающим с датчика через выпр митель 29. Таким образом, с требуемой точностью определ етс  рассто ние, пройденное щитом.

При повороте луча зеркальной отклон юцдей призмой,2 посредством электродвигател  7 и винтовой передачи 8 перемещаетс  матрица 5 с фотоэлементами. Датчик 9 пе )емещений, измен   перемещение матрицы 5, измер ет угол поворота луча. Сигнал с датчика 9 перемещений сравниваетс  с сигналом индуктивного измерител  рассто ни  23 в блоке 3 управлени  приводом и производит поворот зеркальной призмы.

При.менение предла1-аомо о устройства позвол ет, учитыва  измеиение впегиних условий , повысить точность управлепи , а благодар  применению блока 12 вычислени  второй координаты оси щита отпадает необходимость в использовании второй м трицы с фотоэлементами, что, в свою очередь, упрощает конструкцию системы и позвол ет примен ть ее на таких щитах, 1де установка двух матриц с фотоэлементами невозможна .

Claims (1)

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА, содержащая оптический задатчик направления, зеркальную отклоняющую призму с приводом и блоком управления, приводом, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерения пройденного расстояния и фотоэлектрической следящей системы щелевой диафрагмы, матрицу с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к первому входу управляющего блока, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности управления, система снабжена усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, задатчиком, блоком памяти, двумя блоками сравнения и блоком вычисления второй координаты оси щита, выполненным в виде двух интеграторов и двух сумматоров, при этом первый вход первого' интегратора соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого интегратора, первому входу второго интегратора и второму входу управляющего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первого интегратора, выход управляющего блока соединен с первым входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, соответствующие входы которого подключены к выходам задатчика и второго блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнения подключены к выходу измерительного блока.

   >