矿用自移机尾自动控制系统的研究

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自移机尾作为综采工作面运输系统的重要组成环节,联接桥式转载机和顺槽胶带机的关键枢纽,主要功能是在工作面推进过程中配合转载机推进并实现皮带机尾的协调移动;接受来自转载机的物料,并转入皮带系统。自移机尾独特的马蒂尔结构,能够与转载机互为支点,实现迈步自移动作,同时纠正机身与皮带中心线的偏差,所有动作均由配套的液压系统实现。而现有的自移机尾均是手动操作,一定程度上降低了物料的输送效率,并且加大了操作工的劳动强度,因此急需提高自移机尾的自动化程度。本文针对马蒂尔自移机尾的结构特点,研究并设计一套自移机尾自动控制系统。主要控制机尾的迈步自移和皮带的自动纠偏,其后者是控制的难点和关键。本文分析了水平缸纠偏过程中皮带与滚筒的受力和运动情况,通过建立简化模型,分析了三种情况的运动特性,发现皮带在纠偏过程中出现振荡、超调以及速度突变等运动特性,若实时调整控制参数能够解决此问题。为解决参数的实时调整问题,提高系统的自我调整能力,本文设计了一种基于模糊PD算法的水平缸纠偏系统。利用MATLAB中集成的模糊工具箱,依据模糊算法的设计方法,结合水平缸-滚筒-皮带系统的运动特性,设计了适合本系统的模糊控制器。由于系统涉及到摩擦副、液压系统以及控制算法等多个领域,因此,选用AMEsim仿真平台来构建系统的虚拟模型,并联合MATLAB实现整个系统的仿真。仿真结果表明,模糊PD算法能够很好的减小系统超调,抑制振荡并且提高了响应速度。本文同时对立缸纠偏机理进行了分析,通过构建模型,定性地进行了分析,得出结论:皮带总是向着地势较低的方向跑偏。运用ANSYS/LS-DYNA通过建模仿真验证了这一结论。完成控制机理分析和算法设计之后,本文阐述了控制系统的设计过程,其中硬件设计包括硬件系统结构的确定、传感器的选型与设计以及控制器的构建等。软件方面主要设计了系统的控制流程图,为程序设计搭建了框架。经过地面调试与联合试机,以及井下的运行测试,证明了本系统能够良好地应用到实践中。
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