【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是否結(jié)束：如未結(jié)束，采樣將繼續(xù)進(jìn)行；如采樣結(jié)束，系統(tǒng)將會(huì)把其獲取、記錄的采樣信息轉(zhuǎn)化為循環(huán)控制的基本信息。此次循環(huán)結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入下一次循環(huán)。采樣控制大部分都在由工人手動(dòng)調(diào)高的第一個(gè)工作循環(huán)中時(shí)進(jìn)行。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。滾筒調(diào)高控制是整個(gè)系統(tǒng)最終需要實(shí)現(xiàn)的功能。進(jìn)行調(diào)高控制時(shí)，需要先將存儲(chǔ)的上一次截割工作循環(huán)采樣信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換以獲取本次循環(huán)控制基本信息?？刂葡到y(tǒng)采用智能算法進(jìn)行修正量計(jì)算并給出控制策略和控制量（采煤機(jī)狀態(tài)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。系統(tǒng)在確定調(diào)高方式后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)滾筒高度。13人為手動(dòng)修正調(diào)高上截割工作循環(huán)的采樣信息{采樣} j+1，i 轉(zhuǎn)換采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，如采煤機(jī)換向，高速調(diào)動(dòng)等NY滾筒位置調(diào)節(jié)控制采樣采樣參數(shù)：間隔 Δ，工作面初始長(zhǎng)度L0，N j=INT（L j/Δ）煤機(jī)位置和姿態(tài)yj，i ；α j，i ；β j，i ；θj，iI=N？數(shù)據(jù)采樣：{采樣} ={α j，i ；β j，i ；θ j，i | yj，i }采樣信息轉(zhuǎn)化為循環(huán)基本控制信息（采煤機(jī)轉(zhuǎn)化）J+1 循環(huán){采樣} j，N=i+1 → {控制}j+1,iI=1，2，…， Nj調(diào)高控制{采樣} j，N=i+1 → {控制} j,iI=1，2，…， Nj補(bǔ)償?shù)男拚坑?jì)算，智能算法，給出控制策略和控制量手動(dòng)執(zhí)行自動(dòng)程序調(diào)高執(zhí)行機(jī)構(gòu)中斷自動(dòng)程序執(zhí)行手動(dòng)圖 滾筒位置調(diào)高實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖 [10]14 記憶調(diào)高的基本原理采煤機(jī)的控制主要包括兩部分，即牽引速度的控制和滾筒高度的控制。牽引是指采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)的溜槽上沿工作面機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)割煤。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。因此，記憶程控自動(dòng)調(diào)高的研究工作主要集中在滾筒高度的自動(dòng)控制之上。滾筒調(diào)高是指在采煤機(jī)牽引運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了適應(yīng)工作面煤層厚度的變化，在煤層高度范圍內(nèi)上下調(diào)整滾筒的位置。其調(diào)高系統(tǒng)主要由滾筒、搖臂、調(diào)高油缸以及調(diào)高液壓控制系統(tǒng)組成。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。到達(dá)采集樣點(diǎn)時(shí)，司機(jī)操作計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)把傳感器測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)的代碼進(jìn)行存儲(chǔ)記憶，作為滾筒處于理想工作位的參考數(shù)據(jù)。煤巖界面滾筒圖 獲取煤巖界面及正常工作狀態(tài) [10]在 X 軸方向上，選取適當(dāng)?shù)拈g隔距離進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)對(duì)所取數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析，系統(tǒng)可以得到所需要的煤巖分界面。由于煤層的分布一般都是緩慢變化的，第一個(gè)工作循環(huán)工人手動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒高度采集數(shù)據(jù)而獲得的煤巖分界面可以看做以后幾個(gè)工作循環(huán)的煤巖分界面。這種操作在一定范圍內(nèi)符合工作精度的要求。手動(dòng)調(diào)高工作循環(huán)結(jié)束后，控制系統(tǒng)根據(jù)存儲(chǔ)的采煤機(jī)搖臂高度根據(jù)合適的算法計(jì)算獲得煤巖分界面。在以后的工作循環(huán)中，控制系統(tǒng)隨時(shí)通過(guò)傳感器獲取采煤機(jī)位置和狀態(tài)參數(shù)，并與計(jì)算得到的煤巖界面進(jìn)行比較，獲得滾筒實(shí)際位置與理想位置的相對(duì)量，15然后進(jìn)行及時(shí)正確的控制調(diào)整。由于地勢(shì)的變化，煤巖界面隨著采煤機(jī)縱向的推進(jìn)，煤巖分界面會(huì)出現(xiàn)一定的變化。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。圖 自動(dòng)控制過(guò)程中的手動(dòng)調(diào)整滾筒 煤巖界面手動(dòng)調(diào)整記憶程控的特征是預(yù)知控制結(jié)果的再現(xiàn)控制,控制的精度和可靠性取決于采樣記憶的信息量和準(zhǔn)確程度 [11]。與記憶程控相關(guān)的信息有：采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(采煤機(jī)的牽引方向和換向、斜切進(jìn)刀的往復(fù)牽引、空行程調(diào)動(dòng)等)、采煤機(jī)運(yùn)行位置(由行走距離傳感器檢測(cè))、滾筒高度位置定位采樣(由搖臂擺角傳感器或調(diào)高油缸行程位移傳感器檢測(cè))、采煤機(jī)的空間姿態(tài)( 采煤機(jī)沿工作面走向的縱向傾斜角度、沿工作面推進(jìn)方向的橫向傾斜角度等) 等。姿態(tài)的參量同時(shí)反映了輸送機(jī)推移狀態(tài) ,如飄底和啃底的影響,并綜合反映了調(diào)整結(jié)果。 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)。采煤機(jī)滾筒的高度及位置又與采煤機(jī)空間姿態(tài)、位置等信息有直接聯(lián)系。為了得到采煤機(jī)滾筒的信息，我們需要建立簡(jiǎn)單有效的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的建立是建立在理想條件之上的，為了確定數(shù)學(xué)模型而使得運(yùn)算簡(jiǎn)單，控制容易實(shí)現(xiàn)，其模型的建立基于一定的假設(shè)：（或工作面推進(jìn)方向）厚度變化是緩慢漸變的，在無(wú)斷層情16況下，不會(huì)出現(xiàn)突變，即煤巖分界面沒(méi)有突變的地方。，工作面掃清底煤，即在工作面行走方向，地面呈直線平整。，底面呈直線平行。 采煤機(jī)工作面數(shù)據(jù)關(guān)系L2 ijH,L1 ij.?ij.?21圖 采煤機(jī)上行正視圖圖 為采煤機(jī)沿工作面上行的正視圖 [3]，圖中各個(gè)參數(shù)的具體含義如下所示：：采煤機(jī)左/右搖臂的長(zhǎng)度L：采煤機(jī)搖臂鏈接中心點(diǎn)到工作面底面的距離1H：采煤機(jī)滾筒中心到采煤機(jī)搖臂鏈接中心點(diǎn)的距離2：第 刀采煤機(jī)在第 個(gè)位置上，采煤機(jī)右滾筒的高度ij,ji：第 刀采煤機(jī)在第 個(gè)位置上，右搖臂沿工作面行走方向和水平面的夾角ij,?——第 刀采煤機(jī)在第 個(gè)位置上，機(jī)身沿工作面行走方向和水平面的夾角ij,?ji——第 刀采煤機(jī)在第 個(gè)位置上，左搖臂沿工作面行走方向和水平面的夾角顯ij,?然，從圖 我們可以得出采煤機(jī)在沿工作面行走方向上行時(shí)，右滾筒的高度的關(guān)系式17（）和（） 。 （）2,sin()jijiHL????? （22） ,121,sn()ji jijiL????同理，從圖 也可以得出采煤機(jī)沿工作面下行時(shí)，左滾筒的高度的關(guān)系式（23） （）2,sin()jijiL???? （24） ,121,sn()ji jijiHL????顯然，從圖中我們可以得出采煤機(jī)在仰采時(shí)的高度偏差為： (25),1,jijitg????同理，從圖 中，可以得出采煤機(jī)在俯采時(shí)滾筒的高度偏差為： ,1,jijiHLt?L1ji?jiijH,?圖 采煤機(jī)沿工作面推進(jìn)方向仰采和俯采側(cè)面圖 Elevation of Shearer along Upward Pushing Direction In Face因此，綜合式（22） 、 （24） 、 （25） 、 （26 ） ，可以得出以下結(jié)論： 采煤機(jī)在第 j 刀第 i 個(gè)位置上，沿工作面上行仰采時(shí)滾筒的高度表達(dá)式為： (27),1,1,sin()ji ijjijiHLLtg????????采煤機(jī)在第 刀第 個(gè)位置上，沿工作面上行俯采時(shí)滾筒的高度表達(dá)式為：j, （28）,1,1,si()ji ijjijit???18采煤機(jī)在第 刀第 個(gè)位置上，沿工作面下行仰采時(shí)滾筒的高度表達(dá)式為：ji （29）,1,1,sin()ji ijjijiHLLtg????????采煤機(jī)在第 j 刀第 個(gè)位置上，沿工作面下行仰采時(shí)滾筒的高度表達(dá)式為： （210）,1,1,sin()ji ijjijiLtg???????L1ji?jijijiijH,?圖 采煤機(jī)沿工作面推進(jìn)方向仰采和俯采側(cè)面圖 Elevation of Shearer along Downward Pushing Direction In Face 本章小結(jié)本章從介紹采煤機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和各個(gè)部分的功能入手，闡述了采煤機(jī)記憶調(diào)高的基本原理，并在此基礎(chǔ)上提出了記憶調(diào)高控制系統(tǒng)所完成的任務(wù)和功能，為后續(xù)的采煤機(jī)調(diào)高控制算法的研究及程序的編寫提供了依據(jù)。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(guò)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。到達(dá)采樣點(diǎn)，工人操作控制系統(tǒng)把傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滾筒高度代碼并存儲(chǔ)起來(lái)備用，作為滾筒在理想工作位置時(shí)的參考信號(hào)。此循環(huán)結(jié)束后，系統(tǒng)通過(guò)曲線擬合得到目標(biāo)曲線。從下個(gè)工作循環(huán)開始由微機(jī)控制調(diào)高系統(tǒng)，存儲(chǔ)本次滾筒高度并且跟蹤上一次滾筒高度，通過(guò)控制器的運(yùn)算進(jìn)行滾筒高度調(diào)整。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。在采煤機(jī)滾筒記憶調(diào)高的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣周期是一個(gè)很重要的參數(shù)，它直接影響系統(tǒng)的控制效果。采樣位移間隔 選得過(guò)x?小，將增加不必要的計(jì)算量，增加控制的困難。另外，在采煤機(jī)雙向采煤時(shí)，要考慮采煤過(guò)程（如兩個(gè)滾筒分別要抬升和降落，要向煤壁進(jìn)刀等）的影響，并把前一個(gè)采煤行程中采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行倒序排列，以保證前后兩個(gè)采煤行程中對(duì)應(yīng)取樣點(diǎn)可以準(zhǔn)確比較和對(duì)后一個(gè)采煤行程進(jìn)行控制，因此也不宜過(guò)小。如果位移間隔 選得過(guò)大，又會(huì)給控制x?系統(tǒng)帶來(lái)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]。綜合各種因素的影響，在試驗(yàn)過(guò)程中，采用人工采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)的方式，即在合適的位置采集當(dāng)前的采煤機(jī)模型滾筒中心的水平位置和高度信息，共采集十組，通過(guò)控制器對(duì)所采集信息運(yùn)算和處理，最后以（水平位置 ，滾筒高度 ）的格式保存成數(shù)組形式i i存入存儲(chǔ)器，作為表明滾筒處于理想工作位置時(shí)的參考信號(hào)備用。 最小二乘法近年來(lái)，各種采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高的理論相繼提出，劉春生在提出模糊控制器原理及模20糊控制規(guī)則,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒位置高度的再現(xiàn)調(diào)節(jié)。上海交通大學(xué)的張偉在《基于采煤機(jī)DSP 主控平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)高預(yù)測(cè)控制 》一文中提出來(lái)灰色理論的基本概念 [1]。針對(duì)煤巖界面識(shí)別精度無(wú)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(cè) ,不斷提高預(yù)測(cè)精度 [13]。目前，采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高算法種類繁多，各有千秋，但都有一定的局限性 [14]。各種控制理論的提出，極大的促進(jìn)了采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)，但是許多理論的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)繁瑣、復(fù)雜。在本文中，目標(biāo)曲線的獲得是通過(guò)最小二乘法得以實(shí)現(xiàn)的。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(guò)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。在本文中，目標(biāo)曲線的獲得是通過(guò)最小二乘法得以實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)介1801 年，意大利天文學(xué)家朱賽普皮亞齊發(fā)現(xiàn)了第一顆小行星谷神星。經(jīng)過(guò) 40 天的跟蹤觀測(cè)后，由于谷神星運(yùn)行至太陽(yáng)背后，使得皮亞齊失去了谷神星的位置。隨后全世界的科學(xué)家利用皮亞齊的觀測(cè)數(shù)據(jù)開始尋找谷神星，但是根據(jù)大多數(shù)人計(jì)算的結(jié)果來(lái)尋找谷神星都沒(méi)有結(jié)果。時(shí)年 24 歲的高斯也計(jì)算了谷神星的軌道。奧地利天文學(xué)家海因里希奧爾伯斯根據(jù)高斯計(jì)算出來(lái)的軌道重新發(fā)現(xiàn)了谷神星。高斯使用的最小二乘法的方法發(fā)表于 1809 年他的著作《天體運(yùn)動(dòng)論》中。法國(guó)科學(xué)家勒讓德于 1806 年獨(dú)立發(fā)現(xiàn)“最小二乘法”。但因不為時(shí)人所知而默默無(wú)聞。勒讓德曾與高斯為誰(shuí)最早創(chuàng)立最小二乘法原理發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)。1829 年，高斯提供了最小二乘法的優(yōu)化效果強(qiáng)于其他方法的證明，因此被稱為高斯莫卡夫定理。基本原理在我們研究?jī)蓚€(gè)變量(x, y)之間的相互關(guān)系時(shí)，通?？梢缘玫揭幌盗谐蓪?duì)的數(shù)據(jù)， ,…, ；將這些數(shù)據(jù)描繪在 x y 直角座標(biāo)系中(如圖 ), 若發(fā)現(xiàn)這??21,yx2,??iyx,些點(diǎn)在一條直線附近，可以令這條直線方程如(式 31)。21圖 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(cè)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) ”。令: 　　　　　　　　　　　　　　 　( 式 32) ??2???Yi?把(式 11)代入(式 12)中得: 　　　　　　　　　　　　　(式 33)210iiXa 當(dāng)（ ）取得最小值，即符合“優(yōu)化判據(jù)”時(shí)，若用函數(shù) 分別對(duì) 、???Yi ?0a求偏導(dǎo)數(shù)，則此時(shí)這兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)的值等于零。1a ??0210 ????ioiXa? 101??iiiYa即：　　　　　　　(式 36) 　　　　　 ????iiXm10 　(式 37) ???iii YXa,2得到的兩個(gè)關(guān)于 a0、 a1 為未知數(shù)的兩個(gè)方程組，解這兩個(gè)方程組得出：(式 14)(式 35)22 (式 38)mXaYiii???0(式 39) ??XYii iiii 22???????這時(shí)把 、 代