本技術(shù)涉及煤炭開采，尤其涉及一種薄煤層的解耦開采系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、薄煤層煤炭資源分布廣泛、儲量豐富，然而由于薄煤層井下開采環(huán)境惡劣、安全隱患大、開采效益低且開采效率較差等原因，目前薄煤層的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例較低，造成大量薄煤層資源浪費(fèi)。

2、相關(guān)技術(shù)中，對于對于1.3m～1.5m等較薄煤層的開采，機(jī)械化程度普遍不高，尤其是綜采機(jī)械自動化裝備配套技術(shù)還很不成熟。以現(xiàn)有的自動化綜采機(jī)械為例，開采系統(tǒng)與薄煤層接觸的截割部位容易受到自身部件機(jī)械耦合的影響，具體表現(xiàn)為對自身部件的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的動態(tài)波動影響，進(jìn)而導(dǎo)致薄煤層的開采得不到有效控制。

3、因此，如何避免薄煤層開采設(shè)備受到的機(jī)械耦合影響，實(shí)現(xiàn)薄煤層開采的有效控制成為目前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。

2、為此，本技術(shù)的第一個目的在于提出一種薄煤層的解耦開采系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對開采系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)參數(shù)與動作參數(shù)間的機(jī)械耦合進(jìn)行解耦，提高了薄煤層開采控制的精確性和穩(wěn)定性，解決了現(xiàn)有開采系統(tǒng)中截割模塊存在機(jī)械耦合導(dǎo)致自身轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生動態(tài)波動的問題。

3、本技術(shù)的第二個目的在于提出一種薄煤層的解耦開采方法。

4、本技術(shù)的第三個目的在于提出一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。

5、為達(dá)上述目的，本技術(shù)第一方面實(shí)施例提出了一種薄煤層的解耦開采系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：移動模塊、輸送模塊和截割模塊，所述輸送模塊和所述截割模塊設(shè)置在所述移動模塊上，該系統(tǒng)還包括：控制模塊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；其中，

6、所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括依次通信連接的感知層、處理層和控制層，所述控制層還與所述控制模塊通信連接，所述感知層用于采集開采系統(tǒng)開采過程中的狀態(tài)參數(shù)和動作參數(shù)作為感知數(shù)據(jù)，所述處理層用于對所述感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

7、所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基于搭載的解耦模塊對預(yù)處理后的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行解耦，以分離和調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)與動作參數(shù)之間的關(guān)系，所述控制層用于根據(jù)解耦后的感知數(shù)據(jù)，生成用于調(diào)整所述開采系統(tǒng)后續(xù)開采時(shí)的動作參數(shù)的控制信號；

8、所述控制模塊分別與所述移動模塊、所述輸送模塊和所述截割模塊通信連接，所述控制模塊用于根據(jù)所述控制信號生成控制指令，并將所述控制指令發(fā)送至相應(yīng)的模塊以執(zhí)行所述控制指令。

9、另外，本技術(shù)實(shí)施例的薄煤層的解耦開采系統(tǒng)還具有如下附加的技術(shù)特征：

10、可選地，在一些實(shí)施例中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過以下公式表示所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：

11、，

12、其中，表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型， a和 b表示不同的時(shí)間不變矩陣， x表示模型狀態(tài)量， u表示控制模塊輸入的控制輸入量，表示關(guān)于時(shí)間 t的非線性耦合干擾。

13、可選地，在一些實(shí)施例中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括多個傳輸數(shù)據(jù)的通道，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具體用于：

14、將模型內(nèi)第 i個通道的輸入量對第 j個通道的狀態(tài)參數(shù)的耦合影響作為可測干擾，通過前饋方法消除所述可測干擾，其中， i和 j為小于通道數(shù)量的任意正整數(shù)；

15、通過反饋方法消除第 i個通道的狀態(tài)參數(shù)對第 j個通道的狀態(tài)參數(shù)的影響；

16、基于所述前饋方法和所述反饋方法的消除過程，對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型滿足的公式進(jìn)行變形，并基于變形結(jié)果向所述解耦模塊中引入輔助輸入量以得到解耦控制器，通過所述解耦控制器進(jìn)行輸入量與狀態(tài)量之間的解耦，其中，所述解耦控制器滿足以下公式：

17、 s1 u（ t）+ s2 u（ t）=- kx（ t）+ lv（ t），

18、其中， s1和 l為設(shè)定的不同維數(shù)的對角加權(quán)矩陣， s1可逆，所述 s2和 k為不同的主對角元素為零的加權(quán)矩陣， u（ t）為任一通道的輸入量， v（ t）為輔助輸入量， x（ t）為關(guān)于時(shí)間 t的狀態(tài)量。

19、可選地，在一些實(shí)施例中，所述感知層對應(yīng)的硬件系統(tǒng)包括三維力傳感器，所述三維力傳感器，包括：第一受力體、第二受力體和彈性體；其中，所述彈性體設(shè)置在所述第一受力體和所述第二受力體之間，所述彈性體的外周等間隔布置多層槽孔，不同層間的所述槽孔存在固定角度的相位差；各個所述槽孔之間的薄壁區(qū)設(shè)置有應(yīng)變片，各個所述應(yīng)變片組成電橋進(jìn)行力信號采集。

20、可選地，在一些實(shí)施例中，所述截割模塊，包括：搖臂單元、截割單元、噴霧單元和液壓單元；其中，所述搖臂單元活動設(shè)置在所述移動模塊上，所述搖臂單元在所述液壓單元的驅(qū)動下進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制；所述截割單元設(shè)置在所述搖臂單元的自由端，所述噴霧單元設(shè)置在搖臂單元的內(nèi)部。

21、可選地，在一些實(shí)施例中，所述截割單元，包括：多個同軸設(shè)置的截割滾筒，每個所述截割滾筒上固定設(shè)置有多個截割齒和多個凸輪；所述搖臂單元，包括：搖臂座和傳動桿，其中，所述搖臂座內(nèi)設(shè)置有所述傳動桿，所述傳動桿的外周套設(shè)有復(fù)位彈簧，所述傳動桿的一端與所述凸輪抵接，所述傳動桿的另一端與所述噴霧單元連接以作為液壓噴霧的動力輸入。

22、可選地，在一些實(shí)施例中，所述輸送模塊包括：集料斗，所述集料斗設(shè)置在所述截割模塊的下方；輸送帶，所述輸送帶設(shè)置在所述移動模塊上，所述輸送帶的入口與所述集料斗連通；轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述集料斗上，所述轉(zhuǎn)盤由設(shè)置在所述集料斗內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動。

23、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第二方面實(shí)施例提出了一種薄煤層的解耦開采方法，應(yīng)用于上述第一方面的薄煤層的解耦開采系統(tǒng)，該方法包括：

24、將解耦開采系統(tǒng)移動至待開采的薄煤層的采煤開口處，在所述解耦開采系統(tǒng)的后方對接轉(zhuǎn)載機(jī)，并獲取所述采煤開口對應(yīng)的開采條件；

25、獲取所述薄煤層的歷史開采數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)集，基于所述樣本數(shù)據(jù)集，通過網(wǎng)格搜索法和交叉驗(yàn)證法訓(xùn)練隨機(jī)森林模型，并將所述開采條件輸入訓(xùn)練完成的隨機(jī)森林模型，獲取模型輸出的開采面路徑數(shù)據(jù)；

26、將所述開采面路徑數(shù)據(jù)發(fā)送至所述解耦開采系統(tǒng)的控制模塊，通過所述控制模塊根據(jù)所述開采面路徑數(shù)據(jù)優(yōu)化所述解耦開采系統(tǒng)的動作參數(shù)，并按照初始的動作參數(shù)進(jìn)行薄煤層開采作業(yè)；

27、在薄煤層開采過程中，采集所述解耦開采系統(tǒng)實(shí)時(shí)的狀態(tài)參數(shù)和動作參數(shù)，通過系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對采集的狀態(tài)參數(shù)和動作參數(shù)進(jìn)行解耦，并根據(jù)解耦后的數(shù)據(jù)生成用于調(diào)整系統(tǒng)后續(xù)開采時(shí)的動作參數(shù)的控制信號，通過所述控制模塊根據(jù)所述控制信號生成控制指令，以調(diào)整相應(yīng)模塊的動作參數(shù)。

28、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第三方面實(shí)施例提出了一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述第二方面實(shí)施例中任一所述的薄煤層的解耦開采方法。

29、本技術(shù)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案至少帶來以下有益效果：

30、本技術(shù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對開采系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)參數(shù)與動作參數(shù)間的機(jī)械耦合進(jìn)行解耦，分離和調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)與動作參數(shù)之間的關(guān)系，系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和解耦控制器能夠看做若干個互不影響的單變量系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)了輸入與狀態(tài)之間的完全解耦，從而能夠有效減少系統(tǒng)中機(jī)械耦合產(chǎn)生的影響，對系統(tǒng)的相關(guān)開采設(shè)備進(jìn)行自動化的精準(zhǔn)控制。并且本技術(shù)還可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)調(diào)整系統(tǒng)的動作參數(shù)，能夠適應(yīng)不同的開采條件和煤層特性，并根據(jù)不斷積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)對系統(tǒng)控制方式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高開采系統(tǒng)的適應(yīng)性和開采性能。并且，本技術(shù)的三維力傳感器等信息采集設(shè)備能夠提供高精度的受力測量數(shù)據(jù)，包括力的大小和方向；彈性體與應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得傳感器具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力，能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作；傳感器采用了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精密的標(biāo)定過程，能夠提供可靠的力測量數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。由此，本技術(shù)通過解耦過程對薄煤層開采進(jìn)行有效控制，提高了薄煤層開采控制的精確性、穩(wěn)定性和智能性。

31、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實(shí)踐了解到。