本發(fā)明涉及一種多機(jī)群組推移位姿的控制方法及系統(tǒng)，特別是一種基于變胞約束理論下煤礦井下的多機(jī)推移設(shè)備，在不完全感知狀態(tài)下的控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、液壓支架作為綜采工作面極為重要的智能裝備，其推移位姿直接影響著采煤機(jī)運行軌跡以及整個綜采工作面的工作效率。通常采用群組推移的方式以提高推移位姿的調(diào)整效率，但由于連接橫銷和啞鈴銷產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)限位約束，以及內(nèi)部產(chǎn)生的多體耦合限動約束，導(dǎo)致推移位姿呈現(xiàn)出復(fù)雜的演變過程。

2、此外，由于極端開采條件下的強磁干擾、濕熱空氣侵入及煤渣泥漿污染等影響，存在通信受限、部分測量單元失效等不完全感知狀態(tài)，使得液壓支架群組推移位姿的感知與控制的效果均不理想?？紤]到多體耦合限動約束作用，分析液壓支架群組的變胞約束特性，揭示其推移位姿的演變機(jī)理，構(gòu)建不完全感知狀態(tài)下的推移位姿預(yù)測模型，并有效預(yù)測異常推移位姿，實現(xiàn)多機(jī)群組的全局推移位姿重構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種簡單結(jié)構(gòu)、便于操作，并能在不完全感知狀態(tài)下運行的控制系統(tǒng)，即通過多維位移子群構(gòu)建多機(jī)推移群組變胞約束矩陣，由pd-dlo模型預(yù)測最優(yōu)推移位置曲線，并由分布式卡爾曼濾波結(jié)合運動狀態(tài)和曲線預(yù)測結(jié)果，實現(xiàn)不完全感知狀態(tài)下多機(jī)群組推移位姿的控制方法及系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、基于變胞約束的多機(jī)群組推移位姿控制系統(tǒng)，其特征在于，包括多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)、曲線預(yù)測裝置以及液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，

4、所述多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)包括通訊總線、液壓支架以及設(shè)置在綜采工作面中每個液壓支架上的支架操作器和姿態(tài)監(jiān)測器，所述支架操作器為采集用戶本地輸入控制命令的裝置，所述支架操作器和姿態(tài)監(jiān)測器通過液壓支架相互連接，所述液壓支架通過通訊總線分別與曲線預(yù)測裝置以及液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)相連接，還包括油管，所述油管上設(shè)置有出油口，所述出油口分別連接在液壓支架上用于輸油；

5、所述曲線預(yù)測裝置包括主控制器，所述主控制器包括液壓支架控制模塊、位姿演變分析模塊、推移位姿預(yù)測模塊以及通信控制模塊，所述通信控制模塊的輸入端分別與多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)的通訊總線和液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)的輸出端相連接，所述通信控制模塊的輸出端分別與液壓支架控制模塊和位姿演變分析模塊的輸入端相連接，所述液壓支架控制模塊和位姿演變分析模塊之間相互連接，所述位姿演變分析模塊的輸出端與推移位姿預(yù)測模塊的輸入端相連接，所述推移位姿預(yù)測模塊的輸出端與分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊相連接，還包括分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊、泵站壓力比例模塊和液壓泵站，所述分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊的輸入端連接主控制器，所述分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊的輸出端與泵站壓力比例模塊的輸入端相連接，所述泵站壓力比例模塊的輸出端與液壓泵站相連，所述油管的一端連接在液壓泵站上用于抽油；

6、所述液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)通過與通信控制模塊連接，實現(xiàn)將遠(yuǎn)程控制命令輸送到主控制器的液壓支架控制模塊，從而控制本地液壓支架進(jìn)行相應(yīng)的動作，本地液壓支架的姿態(tài)監(jiān)控器實時通過通訊總線將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，為后續(xù)系統(tǒng)的位姿演變分析提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

7、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)安裝在地面上方，所述多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)安裝在地下未開采區(qū)的下方。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：在未開采區(qū)下方開設(shè)有工作通道，工作通道中有采煤機(jī)和用于給采煤機(jī)輸送刮板的刮板輸送機(jī)，所述采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)位于多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)的上方。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：在綜采工作面上設(shè)置有中部槽，所述姿態(tài)監(jiān)測器安裝在中部槽內(nèi)，實時采集中部槽的姿態(tài)信息并分別輸送到液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)和曲線預(yù)測裝置中。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：相互連接的支架操作器、液壓支架以及姿態(tài)檢測器設(shè)置有n組，所述油管上的出油口對應(yīng)設(shè)置有n個，n大于等于1。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述液壓支架控制模塊為嵌入式工控處理器stm32，所述位姿演變分析模塊為dsp數(shù)據(jù)處理模塊，所述推移位姿預(yù)測模塊為dsp數(shù)據(jù)處理模塊，所述通信控制模塊為can/ethercat通信收發(fā)模塊。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊的輸入端連接主控制器，通過主控制器傳遞的數(shù)據(jù)，分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊構(gòu)建分布式kalman濾波的狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣和觀測空間矩陣，通過融合所有液壓支架的推移位姿曲線最優(yōu)估計結(jié)果，完成不完全感知狀態(tài)下推移位姿全局重構(gòu)。

13、上述結(jié)構(gòu)中：本發(fā)明提供了一種簡單結(jié)構(gòu)、便于操作，并能在不完全感知狀態(tài)下運行的控制系統(tǒng)，即通過多維位移子群構(gòu)建多機(jī)推移群組變胞約束矩陣，由pd-dlo模型預(yù)測最優(yōu)推移位置曲線，并由分布式卡爾曼濾波結(jié)合運動狀態(tài)和曲線預(yù)測結(jié)果，實現(xiàn)不完全感知狀態(tài)下多機(jī)群組推移位姿的控制系統(tǒng)，包括相互連接的多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)、曲線預(yù)測裝置和液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)包括通訊總線、液壓支架以及設(shè)置在綜采工作面中每個液壓支架上的支架操作器和姿態(tài)監(jiān)測器，液壓支架上姿態(tài)監(jiān)測器能夠?qū)崟r的將中部槽的姿態(tài)信息進(jìn)行采集，并通過通訊總線將所采集到的多機(jī)群組推移位姿信息傳輸?shù)揭簤褐Ъ苓h(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，

14、曲線預(yù)測裝置是進(jìn)行液壓支架動作控制的主要設(shè)備，曲線預(yù)測裝置包括主控制器，所述主控制器包括液壓支架控制模塊、位姿演變分析模塊、推移位姿預(yù)測模塊以及通信控制模塊，還包括分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊、泵站壓力比例模塊和液壓泵站，液壓泵站上連接有一油管，油管上設(shè)置有出油口，出油口連接在液壓支架上，通過液壓泵站可對液壓支架供油，通過泵站壓力比例模塊可以實現(xiàn)對液壓泵站的壓力進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，從而達(dá)到在液壓支架少傳感的條件下進(jìn)行控制，

15、液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)將接收到的各個中部槽的姿態(tài)信息進(jìn)行分類，判斷推移過程中刮板輸送機(jī)是否形成變胞約束，并且綜采工作面施工人員通過控制液壓支架推移，通過支架操作器對中部槽發(fā)出工作指令，同時將控制指令沿通訊總線通過通信控制模塊發(fā)送到位姿演變分析模塊，液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)通過與通信控制模塊連接，實現(xiàn)將遠(yuǎn)程控制命令輸送到主控制器的液壓支架控制模塊，從而控制本地液壓支架進(jìn)行相應(yīng)的動作，本地液壓支架的姿態(tài)監(jiān)控器實時通過通訊總線將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，為后續(xù)系統(tǒng)的位姿演變分析提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

16、基于變胞約束的多機(jī)群組推移位姿控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

17、s1.在綜采工作面的中部槽上設(shè)置姿態(tài)監(jiān)測器，姿態(tài)監(jiān)測器實時采集中部槽姿態(tài)信息，并通過通訊總線將所采集到的多機(jī)群組姿態(tài)信息發(fā)送到液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)和曲線預(yù)測裝置中；

18、s2.液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)將接收到的各個中部槽的姿態(tài)信息進(jìn)行分類，判斷推移過程中刮板輸送機(jī)是否形成變胞約束，并且綜采工作面施工人員通過控制液壓支架推移，通過支架操作器對中部槽發(fā)出工作指令，同時將控制指令沿通訊總線通過通信控制模塊發(fā)送到位姿演變分析模塊；

19、s3.通信控制模塊將液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)發(fā)送的判斷值，和預(yù)設(shè)的中部槽固定曲線參數(shù)，發(fā)送到主控制器的位姿演變分析模塊，由于綜采工作面上各個中部槽推移曲線變化狀況不同，位姿演變分析模塊通過建立的基于變分異方差高斯過程的概率數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，獲取不同相對位姿狀態(tài)下對應(yīng)的變胞約束狀態(tài)；

20、s4.推移位姿預(yù)測模塊根據(jù)接收來自于位姿演變分析模塊發(fā)送的變胞約束狀況，通過設(shè)計的最優(yōu)推移位姿曲線下形變約束邊界自主決策算法，構(gòu)建最小形變勢能下的推移位姿預(yù)測模型，通過分析不同推移位姿曲線下液壓支架群組的推移能耗，以多適應(yīng)度函數(shù)為評價策略、推移位姿曲線彎曲率為自變量、最優(yōu)能耗為目標(biāo)獲取最優(yōu)pd-dlo推移位姿預(yù)測曲線；

21、s5.分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊根據(jù)液壓支架群組推移位姿曲線預(yù)測模型，構(gòu)建分布式卡爾曼濾波的狀態(tài)轉(zhuǎn)換空間矩陣，并利用液壓支架群組推移位姿的局部分段感知結(jié)果，構(gòu)建分布式kalman濾波的觀測空間矩陣，并由推移位姿的先驗狀態(tài)估計值、部分測量單元歷史值構(gòu)建分布式kalman濾波的狀態(tài)誤差協(xié)方差矩陣，完成推移位姿全局重構(gòu)，根據(jù)多機(jī)群組推移距離與泵站壓力比例模塊中壓力的比例調(diào)整液壓油的輸出量；

22、s6.重復(fù)步驟s1-s5，依次對綜采工作面上液壓支架的油壓進(jìn)行實時的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到在液壓支架少傳感的條件下進(jìn)行控制。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

24、本發(fā)明通過液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)收集各個中部槽的姿態(tài)信息，結(jié)合各個支架操作器發(fā)送的工作信息，從而判斷當(dāng)前多機(jī)群組的變胞約束狀態(tài)，通過位姿演變分析模塊對當(dāng)前的變胞約束特性進(jìn)行分析，構(gòu)建推移位姿曲線預(yù)測模型，再由分布式卡爾曼濾波位姿重構(gòu)模塊融合推移位置預(yù)測模塊的最優(yōu)估計結(jié)果，完成不完全感知狀態(tài)下多機(jī)群組的推移位姿全局重構(gòu)，通過泵站壓力與推移距離的相關(guān)比例調(diào)整液壓油的輸出量。此外，由于本系統(tǒng)采用獨立的液壓支架姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，將多機(jī)群組推移控制系統(tǒng)的控制與監(jiān)測進(jìn)行獨立處理，使不完全感知狀態(tài)的控制可以不受其他系統(tǒng)的干擾，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。