基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法与流程

1.本发明属于综采工作面自动化调直技术领域，具体的说，涉及了一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法。

背景技术：

2.目前，煤矿的综采工作面逐渐实现自动化，采煤机记忆割煤，液压支架根据配置好的跟机工艺，跟随采煤机的位置进行自动动作。由于煤矿井下的环境本就比较复杂，在自动化控制设备的情况下，很难对液压支架的状态进行感知，液压支架会出现不同程度的错架（两台支架前后不齐），当液压支架出现错架时，会导致成组的液压支架执行推溜动作时，刮板机不直。如果不及时调整，上述的偏差会逐步累积，容易引起刮板机、采煤机的损坏或工作面推进的方向发生改变，给正常的开采工作造成阻碍。
3.在综采工作面自动化调直技术领域，通用的做法是在采煤机机身上安装惯导系统，采煤机割完完整的一刀，根据惯导系统的数据绘制出刮板机的直线度曲线，根据曲线上的点对应的液压支架位置，对每台液压支架的移架量进行计算，然后在下一刀移架时按计算后的移架量进行移架。即在每次移架时有意识的补偿工作面已经出现的直线度偏差。基于采煤机惯导的调直方法的缺陷在于，每次液压支架通过移架动作补偿工作面的直线度误差所依照的数据是在上一刀割煤时采煤机机身上的惯导采集的数据。这样的技术路线存在两个缺陷：1、在采煤机上安装惯导系统，惯导采集的数据需要指导下一刀采煤过程中液压支架的移架距离，而非本刀采煤过程中的移架距离，调整过程存在滞后。在采集数据到根据数据进行调整这期间出现的偏差无法进行补偿，因此该技术路线的调直效果有限；2、液压支架在移架过程中无法保证刮板机完全不动，大部分的情况是，液压支架向前移架，带动刮板机会有不同程度的后退。支架定距离移架的移架距离是靠推移千斤顶里的位移传感器变化去判断的，因刮板机后退而产生的误差无法判断，也就无法修正。

技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：本发明第一方面提供了一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，包括以下步骤：配置系统设备：每台液压支架上安装一台支架控制器，于每台液压支架底座上安装一台惯性导航装置，每台液压支架的位移千斤顶内设置行程传感器；惯性导航装置与行程传感器相连接，同时与支架控制器相连，以依据行程传感器数据进行组合导航计算当前液压支架所处位置及偏向角度，并将行程传感器数据以及自身所处位置数据、偏向角度数据通过串口通讯实时上报给支架控制器；
每台支架控制器再将接收到的信息通过can总线上报给顺槽主控计算机；由顺槽主控计算机下发调直参数至每台支架控制器，并进行集中调直流程：使用前对工作面的液压支架进行对齐，并构建出一条二维平面基准线；对惯性导航装置进行标定，使每个惯性导航装置的坐标系统一方向，并建立初始坐标系；在工作面正常的采煤过程中，液压支架上的惯性导航装置将各自所在的液压支架相对于基准线的前进距离进行上报；每次执行移架动作时，液压支架的控制器根据本液压支架的位置信息、相邻移过架的液压支架的前进距离以及基准线进行移架动作，使液压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐。
6.本发明第二方面提供了一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直系统，包括支架控制器、惯性导航装置、行程传感器和顺槽主控计算机；惯性导航装置与行程传感器相连接，并同时与支架控制器相连，支架控制器与顺槽主控计算机通信连接，用以执行所述的于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法。
7.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本发明具备以下有益效果：1、每次执行移架动作时，液压支架控制器能够获取到当前的液压支架的位置信息，通过当前的位置信息进行移架调整，中间不存在其他过程引起的误差，惯导数据与动作控制之间的实时性高，因此不存在采集数据到根据数据进行调整这期间出现的偏差无法进行补偿的问题；2、液压支架上的惯性导航装置能够测出液压支架向前移动的实际距离，执行移架动作所依据的位移数据不再是推移千斤顶的位移传感器而是惯性导航装置采集的位置数据，因此不存在因刮板机后退而产生的误差无法判断和修正的问题。
附图说明
8.图1是本发明实施例中惯性导航装置与行程传感器的安装方式示意图。
9.图2为本发明实施例中的液压支架形态曲线示意图。
具体实施方式
10.下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
11.实施例1如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，包括以下步骤：配置系统设备：每台液压支架上安装一台支架控制器，于每台液压支架底座1上安装一台惯性导航装置，每台液压支架的位移千斤顶2内设置行程传感器；惯性导航装置与行程传感器相连接，同时与支架控制器相连，以依据行程传感器数据进行组合导航计算当前液压支架所处位置及偏向角度，并将行程传感器数据以及自身所处位置数据、偏向角度数据通过串口通讯实时上报给支架控制器；
每台支架控制器再将接收到的信息通过can总线上报给顺槽主控计算机；由顺槽主控计算机下发调直参数至每台支架控制器，并进行集中调直流程。
12.具体的集中调直流程：第一步，使用前对工作面的液压支架进行对齐，并构建出一条二维平面基准线；对惯性导航装置进行标定，使每个惯性导航装置的坐标系统一方向，并建立初始坐标系；对工作面的液压支架进行对齐，并构建二维平面基准线的方法：以与煤壁平行的线为基准线，控制液压支架的推杆结构，调整每台液压支架的前后位置与基准线对齐，使整个工作面的液压支架处于基准线上；建立初始坐标系的方法：初始化整个工作面液压支架上安装的惯性导航装置，使每个惯性导航装置的位置都复位到零点；以第一台液压支架位置为坐标原点，以液压支架前后方向为x方向，以液压支架左右偏移方向为y方向，以液压支架高度方向为z方向，建立初始坐标系。
13.第二步，进入正常采煤工作流程，每台惯导系统实时向支架控制器上报当前位置，每台支架控制器向集中控制系统上位机上报位置信息；顺槽主控计算机设置最小调直误差为d，设d
max
为工作面最靠前支架的位置，d
min
为工作面最滞后支架的位置；当工作面液压支架最大位置偏差d=d
max-d
min
＞d时，开始启动执行调直流程。
14.第三步，进入调直流程后，设置液压支架单次移架的最大距离d
max
，单次移架的最小距离d
min
，计算移架目标值dg=d
min
+d
max
，若dg＜d+d
min
，d为液压支架的当前位置，则该台液压支架的移架目标值为dg=d+d
min
，否则dg=d
min
+d
max
；特别的，工作面液压支架只要存在有dg＜d+d
min
的情况，就意味着调直流程需要分次进行，本次调直流程只是尽可能的调整，其余的偏差量将在下一个采煤刀中进行调直，具体的分步调直流程：顺槽主控计算机以每个采煤刀为一个阶段，每个阶段都执行第二、三步的移架动作，持续进行调直流程，直到d=d
max-d
min
≤d。
15.第四步，工顺槽主控计算机通过can总线向工作面每台液压支架控制器下发移架目标值；当液压支架控制器接收到移架目标值后，进入移架调直流程：液压支架控制器根据移架目标值dg和各自惯性导航装置上报的液压支架实际位置d进行判断，当液压支架实际位置d与目标位置dg接近时，支架控制器控制液压支架的减速阀和动作开关使移架动作减速、停止，以控制液压支架停止到dg的位置上；其中，支架控制器控制液压支架的减速阀和动作开关使移架动作减速、停止的算法可以采用一般的pid算法，此处不再详述。
16.实施例2本实施例提供一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直系统，包括支架控制器、惯性导航装置、行程传感器和顺槽主控计算机；惯性导航装置与行程传感器相连接，并同时与支架控制器相连，支架控制器与顺槽主控计算机通信连接，用以执行实施例1所述的于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法。
17.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：

1.一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，其特征在于，包括以下步骤：配置系统设备：每台液压支架上安装一台支架控制器，于每台液压支架底座上安装一台惯性导航装置，每台液压支架的位移千斤顶内设置行程传感器；惯性导航装置与行程传感器相连接，同时与支架控制器相连，以依据行程传感器数据进行组合导航计算当前液压支架所处位置及偏向角度，并将行程传感器数据以及自身所处位置数据、偏向角度数据通过串口通讯实时上报给支架控制器；每台支架控制器再将接收到的信息通过can总线上报给顺槽主控计算机；由顺槽主控计算机下发调直参数至每台支架控制器，并进行集中调直流程：使用前对工作面的液压支架进行对齐，并构建出一条二维平面基准线；对惯性导航装置进行标定，使每个惯性导航装置的坐标系统一方向，并建立初始坐标系；在工作面正常的采煤过程中，液压支架上的惯性导航装置将各自所在的液压支架相对于基准线的前进距离进行上报；每次执行移架动作时，液压支架的控制器根据本液压支架的位置信息、相邻移过架的液压支架的前进距离以及基准线进行移架动作，使液压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐。2.根据权利要求1所述的基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，其特征在于，对工作面的液压支架进行对齐，并构建二维平面基准线的方法：以与煤壁平行的线为基准线，控制液压支架的推杆结构，调整每台液压支架的前后位置与基准线对齐，使整个工作面的液压支架处于基准线上。3.根据权利要求2所述的基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，其特征在于，建立初始坐标系的方法：初始化整个工作面液压支架上安装的惯性导航装置，使每个惯性导航装置的位置都复位到零点；以第一台液压支架位置为坐标原点，以液压支架前后方向为x方向，以液压支架左右偏移方向为y方向，以液压支架高度方向为z方向，建立初始坐标系。4.根据权利要求3所述的基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，其特征在于，执行移架动作，使液压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐的方法：进入正常采煤工作流程，每台惯导系统实时向支架控制器上报当前位置，每台支架控制器向集中控制系统上位机上报位置信息；顺槽主控计算机设置最小调直误差为d，设d
max
为工作面最靠前支架的位置，d
min
为工作面最滞后支架的位置；当工作面液压支架最大位置偏差d=d
max-d
min
＞d时，开始启动执行调直流程；进入调直流程后，设置液压支架单次移架的最大距离d
max
，单次移架的最小距离d
min
，计算移架目标值d
g
=d
min
+d
max
，若d
g
＜d+d
min
，d为液压支架的当前位置，则该台液压支架的移架目标值为d
g
=d+d
min
，否则d
g
=d
min
+d
max
；随后，工顺槽主控计算机通过can总线向工作面每台液压支架控制器下发移架目标值；当液压支架控制器接收到移架目标值后，进入移架调直流程：液压支架控制器根据移架目标值d
g
和各自惯性导航装置上报的液压支架实际位置d进行判断，当液压支架实际位
置d与目标位置d
g
接近时，支架控制器控制液压支架的减速阀和动作开关使移架动作减速、停止，以控制液压支架停止到d
g
的位置上。5.根据权利要求4所述的基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，其特征在于，当工作面液压支架存在d
g
＜d+d
min
时，还执行：顺槽主控计算机以每个采煤刀为一个阶段，每个阶段都执行移架动作，持续进行调直流程，直到d=d
max-d
min
≤d。6.一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直系统，其特征在于：包括支架控制器、惯性导航装置、行程传感器和顺槽主控计算机；惯性导航装置与行程传感器相连接，并同时与支架控制器相连，支架控制器与顺槽主控计算机通信连接，用以执行权利要求1-5任一项所述的于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法。

技术总结

本发明提供了一种基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法，包括支架控制器、惯性导航装置、行程传感器和顺槽主控计算机，用以执行：使用前对工作面的液压支架进行对齐，并构建出一条二维平面基准线；对惯性导航装置进行标定，使每个惯性导航装置的坐标系统一方向，并建立初始坐标系；在工作面正常的采煤过程中，液压支架上的惯性导航装置将各自所在的液压支架相对于基准线的前进距离进行上报；每次执行移架动作时，液压支架的控制器根据本液压支架的位置信息、相邻移过架的液压支架的前进距离以及基准线进行移架动作，使液压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐。压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐。压支架与相邻已经移过架的液压支架对齐。