[发明专利]融合采煤工艺与采煤机运动模型的采煤机惯性定位精度提升方法

说明书

本发明公开了一种融合采煤工艺与采煤机运动模型的采煤机惯性定位精度提升方法。采煤机以刮板输送机为运行轨道，采煤机只在轨道方向上产生速度，而在其他两个方向的速度为零，以此采煤机牵引方向的约束条件设计了第一滤波器；采煤机截割煤壁后，刮板输送机在液压支架推移油缸的作用下，沿工作面回采方向进行推进，利用液压支架推移油缸的位移与最优估计的刮板输送机轨迹，预测出采煤机下次截割的刮板输送机轨迹，作为采煤机下次运行的约束条件，设计了第二滤波器；对两个滤波器进行融合，最大程度的提高了采煤机惯性定位精度。该方法全面地综合了采煤机在综采工作面独特的运行特点，在一定程度上解决了采煤机惯性导航长时间定位精度差的问题。

技术领域

本发明涉及一种融合采煤工艺与采煤机运动模型的采煤机惯性定位精度提升方法，属于采煤机惯性定位技术领域。

背景技术

基于惯性导航与轴编码器组合的采煤机惯性定位是综采工作面可行的采煤机定位技术。惯性导航是采煤机定位技术的核心设备，其在煤矿井下恶劣环境的长时间定位精度差是阻碍其应用的重要方面。本发明所涉及到的采煤机惯性定位系统已在中国专利《融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置与方法》，申请号201310353737.7中公开。

发明内容

为了解决惯性导航在采煤机定位应用中长时间定位精度差的问题，本发明提供了一种融合采煤工艺与采煤机运动模型的采煤机惯性定位精度提升方法，使以惯性导航系统为核心的采煤机定位满足煤矿井下对于采煤机定位精度的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种融合采煤工艺与采煤机运动模型的采煤机惯性定位精度提升方法，包括以下步骤：

(1)以采煤机几何中心为坐标原点建立采煤机载体坐标系OX_bY_bZ_b，采煤机行进方向为Y_b轴，垂直于机面高度方向为Z_b轴，另一个方向为X_b轴；在采煤机上安装振动速度传感器，用以测量采煤机在X_b轴与Z_b轴的振动速度，以采煤机运动模型为约束条件，设计第一滤波器，通过滤波得到平台失准角，利用姿态矩阵之间的关系，得到修正后的姿态，从而得到修正后的采煤机位置；

(2)采煤机完成一次截割后，将刮板输送机的最优估计轨迹传输到液压支架电液控系统，液压支架电液控系统根据采煤工艺确定每个支架推移油缸的推移位移并进行推移，根据刮板输送机最优估计轨迹和推移油缸的位移预测下次截割的刮板输送机轨迹；

(3)以预测的刮板输送机轨迹为约束条件，设计第二滤波器，通过滤波得到下次截割刮板输送机最优估计轨迹，利用采煤机与刮板输送机的约束关系，得到下次截割采煤机的最优估计轨迹；

(4)进行第一滤波器和第二滤波器的融合，以提高采煤机惯性定位精度。

所述步骤(1)中，第一滤波器的量测量为采煤机载体坐标系X_b轴和Z_b轴的惯性导航速度输出与振动速度传感器输出的差，状态量为东北天三个方向的平台失准角，状态预测方程由惯性导航姿态误差方程求得。

所述步骤(3)中，第二滤波器的状态量为：从刮板输送机最优估计轨迹中提取出每节刮板输送机几何中心点的位置坐标，以此点位置坐标与所对应推移油缸位移的和作为下次截割此点位置坐标的预测值，经过曲线拟合得到的下次截割刮板输送机预测轨迹作为状态量；量测量为下次截割刮板输送机的检测轨迹。

所述步骤(4)中，先进行第一滤波器处理，后进行第二滤波器处理。