[发明专利]一种智能化露天煤矿连采机系统

说明书

一种智能化露天煤矿采煤机系统涉及一种惯导系统/里程计组合导航方式应用于智能化露天矿井采煤机系统中，该系统中的惯性导航系统安装于连采机的顶部；里程计安装于连采机的行走部；连采机运动方向控制机构安装于连采机上；惯性导航系统、里程计和连采机运动方向控制机构均通过光缆与上位机连接；系统中的惯性导航/里程计组合系统安装在在采煤机上，这种高精度导航定位定向方式，不需要任何外部信息，不受外部干扰；为应对矿道中的复杂的电磁环境和煤粉对信号传输线路腐蚀，在此系统中使用光纤传输技术，将导航系统采集到的信息传输给上位机,上位机对采集的信息进行处理并使用PID控制算法对采煤机进行控制，使其按照既定方向工作。

技术领域

本发明涉及一种智能化露天煤矿连采机系统，特别涉及一种惯性导航系统/里程计组合导航方式和PID控制算法应用于智能化露天矿井连采机系统中。

背景技术

随着近年来国家能源战略的发展实施，是的煤炭开采逐步从高产量向绿色开采、安全开发和高效开采发展。煤矿综采工作面的自动化和智能化是实现矿井无人化、安全高效开采的关键步骤，也是发展“数字矿山”，提高矿井机电装备信息化和自动化水平的重要组成部分。实现煤炭开采的智能化最有效的解决方案之一是实现煤矿生产设备的自动化，从而实现煤矿综采面无人或者少人开采，其中对连采机工作信息感知、传输、处理，并以此对连采机工作状态的进行控制，这是实现煤矿智能化的关键技术。

连采机工作信息包括连采机的位置和姿态，目前流行的GPS导航定位在煤矿矿道中无法正常工作，并且无法检测连采机的实时工作姿态。这导致连采机系统的自动化无法实现。在信息的传输过程中，煤矿中复杂的电磁干扰和恶劣的环境会对一般总线传输造成严重的干扰。

发明内容

本发明是为解决上述问题提出的一种智能化露天煤矿连采机系统。惯性导航/里程计组合系统安装在在连采机上，连采机从矿道口向前掘进，达到任意一个位置后，立刻得知自身位置、姿态和方位。这种全自主的高精度导航定位定向方式，不需要任何外部信息，不受外部干扰。为应对矿道中的复杂的电磁环境和煤粉对信号传输线路腐蚀，在此系统中使用光纤传输技术，将导航系统采集到的信息传输给上位机。上位机对采集的信息进行处理并使用PID控制算法对连采机进行控制，使其按照既定方向工作。

为了实现本发明的目的，我们将采用如下技术方案加以实施。

一种智能化露天煤矿连采机系统，包括连采机，连采机在露天煤矿的煤层工作面进行采煤作业，其特征在于：还包括上位机、光缆、惯性导航系统、里程计和连采机运动方向控制机构，所述的惯性导航系统安装于连采机的顶部；所述的里程计安装于连采机的行走部；所述的连采机运动方向控制机构设置于连采机上；所述的惯性导航系统、里程计和连采机运动方向控制机构均通过光缆与上位机连接。

进一步，所述的上位机为PLC控制系统，PLC控制系统包括PID控制器，所述的PID控制器输入位移偏差量，通过比例环节、积分环节、微分环节的运算处理后，给连采机运动方向控制机构控制信号控制连采机的运动方向。

所述的一种智能化露天煤矿连采机系统控制连采机运动方向的方法包括如下步骤：

步骤一：将连采机移动到矿道口，将捷联惯性导航系统和里程计器分别安装在连采机的顶部和运动部，并确定连采机的初始信息，包括在系统坐标系下的初始位置；

步骤二：晃动基座下，采用惯性系对准方法，确定连采机的初始姿态信息，即姿态矩阵初始值

步骤三：惯性导航系统中光纤陀螺及加速度计实时测量连采机运动角速度和加速度信息，通过时间积分更新姿态矩阵

步骤四：通过安装在连采机运动部的里程计测量出连采机的位移信息，并在以一个采样周期ΔT内的平均速度V作为连采机里程计输出的速度信息；

步骤五：每经过相同的时间ΔT，上传实时的航向角ψ(t)、俯仰角θ(t)、姿态矩阵信息到上位机；