【正文】 味著產(chǎn)量減少,而且加大了采煤機(jī)司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，也使得用2支柱支護(hù)頂板困難,常常發(fā)生頂煤冒落事故,給機(jī)組和司機(jī)的安全帶來嚴(yán)重威脅。保證煤炭的供應(yīng)在一段時(shí)間內(nèi)將是煤炭工業(yè)領(lǐng)域的重大任務(wù)。采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的發(fā)展主要可以分為兩個(gè)階段：第一階段主要著眼于煤巖界面的直接識(shí)別技術(shù)，第二階段主要真對(duì)煤巖分界面的間接識(shí)別方法。自然 γ 射線探測法根據(jù)頂、底板巖石中的 γ 射線在穿透殘留煤層后的衰減規(guī)律，通過測量經(jīng)過衰減后的 γ 設(shè)想強(qiáng)度來確定頂、底煤層厚度，由此來識(shí)別煤巖界面。應(yīng)力截齒法假設(shè)采煤機(jī)沿工作面運(yùn)行時(shí)，滾筒上單個(gè)截齒在同一層面所受的一連串作用力相同，隨著煤層的起伏變化，力學(xué)模型也將發(fā)生變化。由于工作過程中截齒可能切入巖石而產(chǎn)生火花，此種自動(dòng)調(diào)高形式不適用于高瓦斯礦。通過對(duì)接收到的反射波進(jìn)行相關(guān)信號(hào)處理就可以確定電磁波在頂煤中穿行距離，即頂煤厚度。該方法只由美國礦業(yè)局做了相關(guān)試驗(yàn)，而一直沒有投入到實(shí)用中。美國礦業(yè)局曾利用這種方法開發(fā)過一種無源紅外煤巖界面探測系統(tǒng)，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，但是效果不是很好。該方法實(shí)現(xiàn)簡單，但是對(duì)于地質(zhì)條件有一定的要求，并且不是真正意義上的自動(dòng)調(diào)高，而是屬于半自動(dòng)調(diào)高國內(nèi)發(fā)展從上世紀(jì)八十年代初期開始，國內(nèi)煤炭高校和研究院在采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高技術(shù)領(lǐng)域做了大量有意義的探索研究工作。太原理工大學(xué)陳延康教授在假煤壁上開展了基于截齒應(yīng)力分析的煤巖分界方法，提出了一系列理論方法。在國內(nèi)，此種方法也得到了廣泛的研究與應(yīng)用。2022 年太原理工大學(xué)太原理工大學(xué)田慕琴將預(yù)見控制引入采煤機(jī)滾筒的自動(dòng)調(diào)高過程,記憶軌跡作為預(yù)見信息得到充分利用,可從根本上解決采煤機(jī)大慣性滯后系統(tǒng)的控制問題,同時(shí)還使期望的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu) [8]。記憶截割技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)而言較為容易實(shí)現(xiàn)，但是手動(dòng)操作仍然較多。（2）適合礦井使用的傳感器的應(yīng)用任何一種采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)現(xiàn)都有傳感器的參與，離開了傳感器，控制也就變得無從談起。其次，煤層中可能出現(xiàn)瓦斯等易燃易爆氣體，傳感器必須具有防爆功能。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展以及井下工作面自動(dòng)化進(jìn)程的加快，采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高技術(shù)必將得到快速的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)較高的井下自動(dòng)化控制與生產(chǎn)。確定合適的算法，盡量減小采煤機(jī)預(yù)定路徑與實(shí)際路徑的誤差。82 采煤機(jī)采煤工藝及其滾筒調(diào)高數(shù)學(xué)建模 采煤機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和各部分的功能采煤機(jī)是機(jī)械化采煤作業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備，其功能是落煤和裝煤。一般而言，采煤機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、牽引部、截割部和附屬機(jī)構(gòu)構(gòu)成。4－滾筒5－底托架 。3－Rocker Arm。為了保證安全，采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)都需要是防爆的，而且通常采用定子水冷，以減小電動(dòng)機(jī)的尺寸。滾筒是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)。為了提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋板，可以根據(jù)不同的采煤方向來回翻轉(zhuǎn) 180 度。采煤機(jī)電纜和水管夾持在托纜裝置中，并由采煤機(jī)拉動(dòng)在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。為了適應(yīng)采高的變化及煤層頂?shù)装宓钠鸱?，通常采用可調(diào)高雙滾筒采煤機(jī)割煤。目前常用的進(jìn)刀方式是在工作面端部或者中部進(jìn)刀。2－刮板輸送機(jī)。按機(jī)械化程度的不同，機(jī)械化采煤工作面可以分為普通機(jī)械化采煤工作面和綜合機(jī)械化采煤工作面，簡稱普采工作面和綜采工作面。采樣控制過程中，系統(tǒng)需要確定采樣參數(shù)（如采樣間隔，工作面初始長度等）并對(duì)采煤機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行記錄。以后的循環(huán)中，如煤巖分界面出現(xiàn)較大的變化以至于采煤機(jī)工作不能滿足精度的要求，工人需要手動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒高度，使其滿足精度要求并用調(diào)整后的信息替代以前工作循環(huán)中此位置的信息。系統(tǒng)判斷采煤機(jī)是否是采取手動(dòng)調(diào)高：如果是“是” ，采煤機(jī)中斷自動(dòng)調(diào)高程序進(jìn)行手動(dòng)調(diào)高，進(jìn)行信息的采集或修正；如果是“否” ，采煤機(jī)系統(tǒng)采取自動(dòng)調(diào)高。由于采煤機(jī)一般都是采用電牽引的方式，在正常工作時(shí)其橫向牽引速度不會(huì)發(fā)生較大的變化。采煤機(jī)在工作時(shí)，第一個(gè)工作循環(huán)需要有司機(jī)操縱采煤機(jī)，控制滾筒沿煤巖分界線運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)高，并確定采集樣點(diǎn)的位置。這種操作在一定范圍內(nèi)符合工作精度的要求。當(dāng)滾筒偏離要求工作精度之外時(shí)，要求司機(jī)對(duì)采煤機(jī)滾筒進(jìn)行一定的手動(dòng)調(diào)整，計(jì)算機(jī)會(huì)存儲(chǔ)調(diào)整后的相應(yīng)數(shù)據(jù)，在以后的工作循環(huán)中，計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)據(jù)和調(diào)整滾筒高度將根據(jù)手動(dòng)調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行。 采煤機(jī)調(diào)高數(shù)學(xué)幾何關(guān)系采煤機(jī)滾筒的自動(dòng)調(diào)高和采煤機(jī)在工作面上各個(gè)位置時(shí)滾筒的高度息息相關(guān)。，工作面掃清底煤，即在工作面行走方向，地面呈直線平整。193 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制算法 采煤機(jī)記憶調(diào)高控制理論 采樣間隔的研究控制系統(tǒng)工作時(shí)，第一個(gè)工作循環(huán)為系統(tǒng)控制采樣過程，采煤機(jī)采用較慢的牽引速度，由司機(jī)操縱采煤機(jī)的調(diào)高系統(tǒng)，控制滾筒沿著煤巖分界線工作。滾筒截割高度位置信息參數(shù)主要有：采煤機(jī)沿工作面位置、采煤機(jī)牽引方向、采煤機(jī)空間姿態(tài)等。如果位移間隔 選得過大，又會(huì)給控制x?系統(tǒng)帶來較大誤差，降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，甚至有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性變差 [12]。針對(duì)煤巖界面識(shí)別精度無法滿足采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高的情況 , 梁義維提出采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合工作面的三邊信息 ,使用 D S 證據(jù)理論再將此信息和不斷獲得的煤巖界面識(shí)別信息進(jìn)行二次融合 ,從而實(shí)現(xiàn)在線融合和在線預(yù)測 ,不斷提高預(yù)測精度 [13]。系統(tǒng)在信號(hào)采集完成后需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)過相關(guān)運(yùn)算對(duì)采集的一系列有序數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，從而得到目標(biāo)曲線。經(jīng)過 40 天的跟蹤觀測后，由于谷神星運(yùn)行至太陽背后，使得皮亞齊失去了谷神星的位置。奧爾伯斯根據(jù)高斯計(jì)算出來的軌道重新發(fā)現(xiàn)了谷神星。勒讓德曾與高斯為誰最早創(chuàng)立最小二乘法原理發(fā)生爭執(zhí)。 XY (式 31)XaY10??為建立這一直線方程，我們要確定 和 ，應(yīng)用《最小二乘法原理》，將實(shí)測值0a1與利用( 式 11)所得計(jì)算值（ ）的離差( )的平方和（ 〕i XY??Yi???2iY??最小為“優(yōu)化判據(jù) ”。 　　　　　　　(式 310) ???????? ???????????????????????????????2222 mYmXSQRYiiii iii在(式 11)中， 為樣本容量，即實(shí)驗(yàn)次數(shù)； 、 分別任意一組實(shí)驗(yàn) 、 的數(shù)值。0a12 利用最優(yōu)控制理論跟蹤目標(biāo)曲線經(jīng)分析可知，采煤機(jī)滾筒的高度與采煤機(jī)的行走方向、空間姿態(tài)有直接關(guān)系， （式 311）????,1,1,sinji ji jiHLfLtg???????其中 采煤機(jī)搖臂長度， 與采煤機(jī)行走方向有關(guān)， 與采煤機(jī)的空間姿ijf, ??ijg,?態(tài)，即俯采、仰采有關(guān)： （式 312）?????????ijijijf,???下 行上 行 （式 313）ijijg,俯 采仰 采采煤機(jī)的行走方向控制牽引電動(dòng)機(jī)的繼電器狀態(tài)決定，而采煤機(jī)是俯采還是仰采可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)角度傳感器信號(hào)處理結(jié)果得到。24 采煤機(jī)記憶調(diào)高試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目刂撇呗越?jīng)過上述分析后，系統(tǒng)可根據(jù)需要調(diào)整控制采煤機(jī)搖臂電機(jī)的繼電器工作狀態(tài)，進(jìn)而可以得到采煤機(jī)控制策略。當(dāng) ， 時(shí)，下調(diào)右搖臂；當(dāng) ， 是，上調(diào)右搖臂；當(dāng) ，0?k1??niy0?k1??niy0?k時(shí)，保持滾筒高度，不調(diào)整右搖臂。當(dāng) ， 時(shí)，下調(diào)左搖臂；當(dāng) ， 是，上調(diào)左搖臂；當(dāng) ，0?k1?niy0?k1?niy0?k時(shí)，保持滾筒高度，不調(diào)整左搖臂。通過對(duì)單片機(jī)、可編程邏輯控制器 PLC、嵌入式計(jì)算機(jī)三種控制器進(jìn)行對(duì)比選擇出適合整個(gè)控制系統(tǒng)的控制器。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制的現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。采煤機(jī)作為煤礦井下的主要綜采設(shè)備，常常工作在比較惡劣的環(huán)境中。與 PLC 相比， PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，采用高度集成技術(shù)，機(jī)內(nèi)資源豐富如自帶的程序、多路 A/D 采樣、計(jì)數(shù)器等，接口豐富便于擴(kuò)展，通信方便，同時(shí)，以 PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)為控制核心的控制板線少，體積小，方便用戶集成和安裝；第二， PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)為控制器支持高級(jí)語言編程，使原來在 PLC 上難以實(shí)現(xiàn)的算法都可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可以提高操作界面的顯示功能。PC/104 是嵌入式 PC 的機(jī)械電氣標(biāo)準(zhǔn)，它的制定為嵌入式應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)小巧、緊湊、整機(jī)功耗低，具有靈活的可擴(kuò)展性，在軟件與硬件上與標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式 PC(PC/AT)體系結(jié)構(gòu)完全兼容，但電氣和機(jī)械規(guī)范完全不同，其小巧的尺寸非常適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。 可見，PC/104 是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。此外，PC/104 還具有高可靠性、長壽命、軟件資源豐富、可靠性好、編程調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn). 用戶只需要把精力放在 I/O 板卡、A/D 板卡的設(shè)計(jì)上，而不用為 CPU 及其外圍器件之間的復(fù)雜的接口關(guān)系花費(fèi)時(shí)間。那么，礦用傳感器的選型究竟有哪些選取原則呢?(1)實(shí)現(xiàn)必要的功能需求，包括滿足要求的測量范圍、工作溫度和測量精度；(2)防爆性和可靠性的要求。由于采煤工作空間狹小，采煤機(jī)電控箱的大小有一定的限制，因此礦用傳感器的體積和尺寸不能過大，要適合采煤機(jī)的總體要求。因此，可以預(yù)見分布式控制結(jié)構(gòu)將會(huì)是采煤機(jī)電控29系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。因此，除了高精度控制對(duì)用于分布式反饋控制的礦用傳感器提出嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，一般情況下，要求并非那么嚴(yán)格；(6) 擴(kuò)展性和兼容性的要求。編碼器如以信號(hào)原理來分，有增型編碼器和絕對(duì)型編碼器。如果要測量旋轉(zhuǎn)超過 360度范圍，就要用到多圈絕對(duì)值編碼器。角位移傳感器的功能在于把角度機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。315 采煤機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境和工具本軟件系統(tǒng)是基于 Windows 98 操作系統(tǒng)，應(yīng)用 Visual Basic 程序開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在周邊傳感器和 I/O 板卡的配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的水平位置、搖臂高度、限位開關(guān)輸出信號(hào)的采集、運(yùn)算和處理。BASIC 語言是 20 世紀(jì) 60 年代美國 Darktouth 學(xué)院兩位學(xué)者創(chuàng)立的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，其含義為“初學(xué)者通用的符號(hào)指令代碼” 。他比傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言有明顯的優(yōu)勢，且隨著版本的改進(jìn)，功能越來越強(qiáng)大，不但可以作為多媒體軟件制作工具、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理，而且還具有網(wǎng)絡(luò)功能等。32 控制系統(tǒng)軟件的要求、設(shè)計(jì)思想及組成控制系統(tǒng)軟件的要求為了完成所需的系統(tǒng)功能，所設(shè)計(jì)的軟件應(yīng)該考慮到以下幾點(diǎn)：① 高穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，盡量減少故障的產(chǎn)生；② 較強(qiáng)的抗干擾能力；③ 具有快速的反應(yīng)能力，能夠及時(shí)的處理工作過程中出現(xiàn)的特殊情況；④保證手動(dòng)的優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)優(yōu)先級(jí)，以便于手動(dòng)和自動(dòng)的操作及其切換；控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想鑒于以上分析的軟件需求，采用如下設(shè)計(jì)思想：（1）提高軟件的抗干擾能力。模塊化的程序設(shè)計(jì)方法有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，方便了程序的調(diào)試和修改。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：33軟件部分窗體加載模塊系統(tǒng)自檢模塊試切采樣模塊曲線擬合模塊切割運(yùn)行模塊復(fù)位停機(jī)模塊圖 軟件部分結(jié)構(gòu)圖 各模塊功能將整個(gè)控制系統(tǒng)軟件部分分解成幾個(gè)功能模塊，然后對(duì)幾個(gè)模塊進(jìn)行組合，這樣的設(shè)計(jì)不僅便于設(shè)計(jì)，而且方便對(duì)程序的調(diào)試和功能的增減。人工采樣時(shí)，系統(tǒng)通過相應(yīng)傳感器采集采煤機(jī)的位置、搖臂角度等信息，并處理和儲(chǔ)存這些采樣數(shù)據(jù)。自動(dòng)控制過程中，系統(tǒng)讀取上一個(gè)工作循環(huán)擬合采樣數(shù)據(jù)獲得的目標(biāo)曲線，調(diào)用控制算法對(duì)采煤機(jī)搖臂進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)滾筒的自動(dòng)調(diào)高。系統(tǒng)自檢模塊流程圖如圖 所示：模塊開始工作后，采煤機(jī)右牽引并判斷是否到達(dá)了右限位：如沒有，采煤機(jī)將繼續(xù)右牽引直至到達(dá)右限位；如果已到右限位，牽引停，并調(diào)整左、右搖臂位置，采煤機(jī)開36始左牽引。試切采樣模塊流程圖如圖 所示：否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 是是是是是是是是是 是 開始調(diào)用讀取鍵值程序按鍵為“4”否按鍵為“6”否按鍵為“5”否按鍵為“1”否按鍵為“9”否按鍵為“7”否按鍵為“3”否按鍵為“0”否按鍵為“+”否左搖臂上搖右搖臂下?lián)u左搖臂下?lián)u右搖臂上搖搖臂暫停進(jìn)行當(dāng)前位置的采集牽引停右牽引左牽引圖 試切采樣模塊流程圖Fig Flow Chart of Trial Cutting Sampling Modeler 曲線擬合模塊38曲線擬合模塊主要完成的任務(wù)是在之前采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，使用最小二乘法對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，得到擬合曲線，將坐標(biāo)在細(xì)分，進(jìn)而得出再現(xiàn)曲線。 且滾筒當(dāng)前高度小于下點(diǎn)高度則0?k左搖臂上搖； 且滾筒當(dāng)前高度大于下點(diǎn)高度則左搖臂下?lián)u；否則，左搖臂暫停。先后提出的 20 余種煤巖分界面識(shí)別技術(shù)，由于煤巖分界面?zhèn)鞲衅鳑]有非常成熟的產(chǎn)品，目前采用較多的是記憶截割技術(shù)。但是，受到各種因素和條件的限制，記憶截割技術(shù)在應(yīng)用中還存在一些問題，需要進(jìn)一步的研究、解決，以實(shí)現(xiàn)簡單、有效的采煤機(jī)自動(dòng)控制。初步分析調(diào)高的原理及流程。42 進(jìn)一步研究的方向與工作展望雖然本為取得了一點(diǎn)的成果，但是研究僅限于理論階段，與實(shí)際工作環(huán)境狀況有很大的不同。43參考文獻(xiàn)[1]張偉. 基于采煤機(jī) DSP 主控平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)高預(yù)測控制 [D]. 中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，2022，(06)[2]張俊梅等? 基于單