謝 苗 劉治翔 池 城 毛 君
1.遼寧工程技術(shù)大學(xué),阜新,123000 2.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司,沈陽,110000
?
巷道超前支架的電液伺服位置壓力復(fù)合控制方法
謝苗1劉治翔1池城2毛君1
1.遼寧工程技術(shù)大學(xué),阜新,1230002.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司,沈陽,110000
摘要:考慮到綜掘巷道液壓邁步式超前支架的工作原理,以及超前支架在支撐過程中的實(shí)際工作特點(diǎn),以提高支撐效率、減小超前支架在支撐過程對(duì)頂板擾動(dòng)影響為控制目標(biāo),提出了一種電液伺服位置壓力復(fù)合控制方法。該方法采用模糊切換控制器進(jìn)行電液位置與電液壓力控制的轉(zhuǎn)換。對(duì)該方法進(jìn)行了數(shù)字模擬仿真與樣機(jī)模擬實(shí)驗(yàn),理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該控制方法能夠有效地使超前支架在從未支撐態(tài)以最快速度轉(zhuǎn)換到支撐態(tài),并且能夠在位置控制與壓力控制之間實(shí)現(xiàn)無沖擊切換,以降低支架對(duì)頂板的擾動(dòng)。研究結(jié)果為綜掘巷道液壓邁步式超前支架裝備的研發(fā)及控制策略的研究提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:超前支架;壓力控制;位置控制;復(fù)合控制;電液伺服;模糊控制器
0引言
綜掘巷道液壓邁步式超前支架是一種應(yīng)用于綜掘迎頭巷道的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備,其特點(diǎn)為能夠在綜掘巷道內(nèi)自主移動(dòng),在掘進(jìn)成巷過程中及時(shí)有效地支護(hù)掘進(jìn)迎頭頂板,保持頂板穩(wěn)定。隨著掘進(jìn)機(jī)前移,超前支架也隨之邁步移動(dòng),通過超前支架的兩組支撐裝置,可以進(jìn)行單組和雙組交替支撐,以保證頂板始終處于支撐狀態(tài)[1]。
文獻(xiàn)[2]針對(duì)巷道超前支架容易受到?jīng)_擊地壓的不利影響,研究了一種基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測(cè)器的支撐力控制策略,研究結(jié)果表明該控制策略能夠減小沖擊地壓對(duì)正在支護(hù)的超前支架的不利影響;文獻(xiàn)[3]對(duì)超前支架多缸同步控制策略進(jìn)行了深入研究,研究了一種等狀態(tài)交叉耦合模糊同步控制策略;文獻(xiàn)[4]對(duì)超前支架-頂板體系建立了力學(xué)模型,使用奇異函數(shù)法建立頂板載荷與超前支架耦合作用下頂板與超前支架撓度方程,其對(duì)耦合體系變形規(guī)律的研究具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值;文獻(xiàn)[5]對(duì)基于模糊PID控制算法的超前支架在支撐過程支撐力控制策略進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明,使用模糊PID控制算法的控制效果要優(yōu)于常規(guī)PID控制算法的控制效果。以上文獻(xiàn)主要針對(duì)超前支架控制策略進(jìn)行研究,沒有針對(duì)超前支架上升過程的電液速度、壓力復(fù)合控制策略進(jìn)行深入研究。
為了提高超前支架的支護(hù)效率,實(shí)際工作時(shí),首先使用位置控制將支架的支撐頂梁以最快速度運(yùn)行到接近頂板的位置,再通過轉(zhuǎn)換控制器從位置控制平穩(wěn)切換到壓力控制。那么,在何時(shí)、何種情況下切換控制器,以及控制器采用怎樣的結(jié)構(gòu),才能夠取得最優(yōu)的切換效果已經(jīng)成為巷道超前支架裝備研究的關(guān)鍵問題之一。
1超前支架組成及工作原理
超前支架主要分為主支撐組、副支撐組、前進(jìn)推移機(jī)構(gòu)以及側(cè)幫支護(hù)等部件。其中,主支撐組、副支撐組結(jié)構(gòu)相似,主要由立柱、縱梁、橫梁、頂部阻尼體、平衡千斤頂?shù)炔考M成。超前支架結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。
邁步式超前支架的工作原理分為邁步行走和交互支撐兩部分,設(shè)備的支護(hù)可以分為定支護(hù)和邁步支護(hù)兩種支護(hù)形式。超前支架迎頭巷道支護(hù)原理如圖2所示。在定支護(hù)時(shí),由主支撐組和副支撐組同時(shí)承擔(dān)頂板的壓力,共同起到支護(hù)作用。主支撐組和副支撐組的8個(gè)支撐油缸同時(shí)升起。
在邁步支護(hù)時(shí),超前支架需要隨著掘進(jìn)機(jī)的向前推移工作以邁步的方式交替向前行走。在行走的過程中,要求主支撐組和副支撐組交替與頂板接觸,承受頂板的全部壓力,使得頂板始終得到有效支護(hù)[6-7]。邁步向前行走時(shí),主支撐組首先需要保持支撐狀態(tài)不變,將副支撐組下降至主支撐組橫梁上,主支撐組立柱繼續(xù)收縮,使得主支撐組的底座抬離地面懸于空中,此時(shí)推移油缸將副支撐組向前推移,當(dāng)推移至一個(gè)邁步距離后停止推移,并且將副支撐組立柱伸出,使得副支撐組的底座再次壓到巷道底板以支撐整個(gè)機(jī)架,副支撐組的縱梁被頂起,與主支撐組共同支撐頂板,這樣一個(gè)邁步過程結(jié)束,以此往復(fù)即可完成邁步行走。
超前支架的液壓系統(tǒng)如圖3所示。超前支架立柱油缸與頂梁相連,通過電液伺服閥控制立柱油缸有桿腔和無桿腔內(nèi)流量的變化,可以控制頂梁升降的快慢,當(dāng)頂梁與頂板接觸后,可以控制兩腔內(nèi)壓力差,實(shí)現(xiàn)不同的壓力控制。磁致伸縮位移傳感器可以監(jiān)測(cè)頂梁的實(shí)時(shí)位置,安裝在電液伺服閥出口的油壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)油缸兩腔壓力。
2位置壓力復(fù)合控制方法
2.1位置、壓力控制機(jī)理
由超前支架液壓系統(tǒng)原理圖(圖3)可以得出圖4、圖5分別為對(duì)其液壓缸位移進(jìn)行控制和對(duì)其液壓缸輸出力進(jìn)行控制的傳遞函數(shù)框圖。圖4中,Us為壓力的設(shè)定值;Ue為電液比例閥放大器輸入電壓信號(hào);Ur為力傳感器輸出電壓信號(hào);Ka為電液比例閥放大器的增益;Ksv為電液比例閥閥芯位移的增益;Gsv為電液比例閥傳遞函數(shù);xv為電液比例閥閥芯位移;Kq為電液比例閥流量增益;Kce為比例閥的壓力流量系數(shù);βe為液壓油綜合體積彈性模量;V為液壓缸容積腔總體積;Ap為液壓缸等效作用面積;pL為液壓缸兩缸壓強(qiáng)差;p為液壓缸輸出力;m為負(fù)載等效質(zhì)量;BL為液壓缸的阻尼系數(shù);KF為力傳感器的反饋增益;K為負(fù)載的彈性系數(shù);xp為液壓缸位移;QL為系統(tǒng)流量。
視電液伺服閥為理想滑閥,通過上述分析可以得到電液伺服閥的基本流量方程、液壓缸的流量連續(xù)方程和平衡方程:
(1)
式中,Ct為液壓缸總泄漏系數(shù)。
由式(1)通過拉普拉斯變換并簡(jiǎn)化解得閥芯位移到液壓缸輸出力之間的傳遞函數(shù):
(2)
為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,將電液伺服閥的傳遞函數(shù)用二階振蕩環(huán)節(jié)近似表示,可得其傳遞函數(shù):
(3)
式中,ωsv為電液伺服閥的固有頻率;ζsv為電液伺服閥的阻尼比[8]。
通過對(duì)電液伺服和壓力控制的機(jī)理進(jìn)行分析可以看出,在進(jìn)行位置控制時(shí),由于反饋信號(hào)取自位移傳感器,液壓缸輸出的力會(huì)隨著負(fù)載力變化而變化,力環(huán)屬于開環(huán),負(fù)載力是系統(tǒng)的干擾量;在進(jìn)行力控制時(shí)檢測(cè)信號(hào)取自液壓缸兩腔壓力差,位置環(huán)屬于開環(huán),是系統(tǒng)的干擾量。
可以看出這兩種需求在控制上,其控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)均不相同,因此不可能用一個(gè)控制器同時(shí)進(jìn)行壓力和位置的控制。
2.2并聯(lián)復(fù)合控制方法分析
目前對(duì)電液位置或電液壓力的單獨(dú)控制已經(jīng)有了非常成熟的研究,但是對(duì)于如何將兩種控制方式進(jìn)行有機(jī)融合,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的切換還有待研究。現(xiàn)在對(duì)于電液位置、壓力的復(fù)合控制主要通過并聯(lián)方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)方式的壓力與位置控制原理如圖6所示[9-11]。
所謂并聯(lián)控制,就是分別對(duì)位置和壓力控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì),通過設(shè)定的位置轉(zhuǎn)換點(diǎn)和轉(zhuǎn)換開關(guān)將系統(tǒng)從位置回路轉(zhuǎn)到壓力控制來實(shí)現(xiàn)的。并聯(lián)控制的優(yōu)點(diǎn)是,可以將現(xiàn)有的非常成熟的電液位置、壓力控制策略應(yīng)用于其單獨(dú)的控制回路;缺點(diǎn)是由于是兩種控制回路同時(shí)工作,如果在轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換不當(dāng)就會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊,如果在轉(zhuǎn)換點(diǎn)未及時(shí)完成由位置到壓力控制的轉(zhuǎn)換就會(huì)使超前支架系統(tǒng)施加很大的支撐力于被支撐的頂板,對(duì)整個(gè)巷道的穩(wěn)定性有很大的影響。
2.3模糊切換控制方法
針對(duì)并聯(lián)復(fù)合控制方法存在的問題,設(shè)計(jì)了一種模糊切換的電液伺服位置、壓力復(fù)合控制系統(tǒng),其原理如圖7所示。該系統(tǒng)在并聯(lián)切換復(fù)合控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)模糊切換控制器,為了便于分析和實(shí)現(xiàn),在位置閉環(huán)控制回路中采用普通PID控制器,在壓力閉環(huán)控制回路中采用模糊控制器。模糊切換控制器實(shí)際上是一個(gè)單輸入單輸出的一維模糊控制器,其輸入為安裝于支架與被支撐頂板之間的力傳感器,其輸出為切換因子α。其工作原理是,通過力傳感器檢測(cè)出支架與支撐頂板的接觸情況,通過模糊控制器計(jì)算出切換因子α的值。在壓力控制回路中,將電液伺服系統(tǒng)輸出的壓力與設(shè)定值進(jìn)行比較,之后乘以切換因子α,作為壓力閉環(huán)系統(tǒng)的輸入;在位置控制回路中,將電液伺服系統(tǒng)輸出的位移與設(shè)定值進(jìn)行比較,之后乘以切換因子(1-α),作為位置閉環(huán)系統(tǒng)的輸入;當(dāng)傳感器檢測(cè)到支架與被支撐頂板之間的作用力為0時(shí),支架并沒有運(yùn)行到與頂板接觸的位置,此時(shí)切換因子α輸出在0附近,壓力控制回路的輸入為0,即系統(tǒng)處于位置控制回路中;當(dāng)傳感器檢測(cè)到支架與被支撐頂板之間的作用力不為0時(shí),支架已經(jīng)與頂板接觸,此時(shí)切換因子α輸出在1附近,位置控制回路的輸入為0,系統(tǒng)處于壓力控制回路中。這樣切換因子的作用使得系統(tǒng)在由位置切換到壓力控制過程中過度平緩,不至于出現(xiàn)突然切換而引起的振蕩及沖擊,能夠?qū)Τ爸Ъ芤约跋锏理敯暹M(jìn)行保護(hù)。對(duì)于電液伺服力和位置的模糊控制器和PID控制在文獻(xiàn)[12-13]中已經(jīng)有了非常詳細(xì)的敘述,在此不再贅述。
3仿真分析
模糊切換控制器是一個(gè)單輸入單輸出的一維模糊控制器,需要對(duì)輸入的力信號(hào)p和輸出的切換因子α進(jìn)行模糊化與解模糊,由于模糊切換控制器在控制系統(tǒng)進(jìn)行位置與壓力切換,主要發(fā)生在支撐力為0和設(shè)定最大值時(shí),切換因子α對(duì)應(yīng)為0和1時(shí),支撐力p在0與最大值左右時(shí),對(duì)模糊切換控制器作用影響較大, 因此在設(shè)定支撐力p和切換因子α的模糊論域時(shí),在0和1附近需要選取得相對(duì)密集,此時(shí),采用均勻劃分論域的常規(guī)方法就不適用。設(shè)定支撐力p變化范圍為[0,0.5]kN,并用模糊子集CP1={NB,NM,NO,NS,O,PS,PO,PM,PB}表示真實(shí)值子集{0.5,0.475,0.425,0.4,0.25,0.1,0.075,0.025,0}。設(shè)定切換因子α變化范圍為[0,1],用模糊子集CP2={VB,MB,B,NB,M,NS,S,MS,VS}表示{1,0.95,0.9,0.85,0.5,0.15,0.1,0.05,0}。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量以及專家經(jīng)驗(yàn)可以得出模糊切換控制器的規(guī)則,然后構(gòu)建p和α這兩個(gè)輸入輸出參數(shù)的模糊規(guī)則表,見表1[14]。
按照超前支架模型樣機(jī)的實(shí)際工況對(duì)控制系統(tǒng)仿真模型中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行確定,如表2所示。獨(dú)立的壓力控制器采用模糊PID控制器,其模糊PID參數(shù)分別為:KPP=0.9,KPI=1.2,KPD=0.2;獨(dú)立的位置控制器采用常規(guī)PID控制器,其PID參數(shù)分別為:KXP=0.8,KXI=0.5,KXD=4.0。
采用直接切換方式時(shí),設(shè)定當(dāng)液壓缸位移達(dá)到390mm時(shí)進(jìn)行由位置控制到壓力控制的切換;采用模糊切換方式時(shí),切換控制器通過檢測(cè)頂梁與頂板接觸力的大小自動(dòng)進(jìn)行切換,因此不需要對(duì)位置轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定。
采用模糊切換控制方式與采用并聯(lián)復(fù)合控制方式的直接切換方法對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行位置和壓力復(fù)合控制仿真對(duì)比,得到了液壓缸位移與速度曲線如圖8所示,液壓缸兩腔的壓力與輸出力曲線如圖9所示。分析仿真曲線可以看出,從第6s開始下達(dá)動(dòng)作指令后,液壓缸以最大速度迅速上升直至接近指定位置時(shí),速度迅速降低,系統(tǒng)由位置控制轉(zhuǎn)換為壓力控制,液壓缸兩腔壓力迅速增大,建立起壓力,直到滿足設(shè)定壓力為止,在功能上能夠滿足系統(tǒng)需求。然而在性能上,利用模糊切換控制的方法能夠具有更好的平滑過渡的能力。由速度變化曲線可以看出,在使用直接切換時(shí),在轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置處液壓缸速度輸出有明顯波動(dòng),這勢(shì)必造成液壓缸位置的失控,由液壓缸兩腔壓力與輸出力曲線可以看到這一點(diǎn),輸出力瞬間最大值達(dá)到7kN,遠(yuǎn)超過設(shè)定的4kN的支撐力,在實(shí)際應(yīng)用中,有可能造成頂板失穩(wěn)等災(zāi)害[15-18]。
4實(shí)際控制分析
4.1實(shí)驗(yàn)樣機(jī)組成
為了研究分析本文模糊切換控制器的實(shí)際應(yīng)用效果,在超前支架模型樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并與直接切換的并聯(lián)復(fù)合控制方法進(jìn)行對(duì)比,超前支架模型樣機(jī)如圖10所示。在實(shí)驗(yàn)室研制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由以下三大部分組成。
(1)迎頭頂板模擬實(shí)驗(yàn)框架。迎頭頂板模擬實(shí)驗(yàn)框架可通過調(diào)節(jié)框架頂部加載液壓缸組的油壓,對(duì)模擬頂板進(jìn)行不同載荷的工況模擬。迎頭頂板模擬實(shí)驗(yàn)框架的加載液壓伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)靜力學(xué)加載曲線壓力值的保壓調(diào)控,也可以按照多種激勵(lì)作用下的動(dòng)力學(xué)加載曲線壓力變化規(guī)律對(duì)模擬頂板進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)。
(2)超前支架實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。與原型機(jī)相同,實(shí)驗(yàn)?zāi)P蜆訖C(jī)具有雙組支撐、單組支撐、交替支撐以及液壓邁步移動(dòng)功能;利用雙組交替支撐結(jié)構(gòu)使超前支架在交替移動(dòng)時(shí),模擬巷道頂板始終存在有效支撐,并且保證頂板受力基本保持穩(wěn)定。樣機(jī)上安裝有位移、壓力、油壓等傳感器和電控裝置。
(3)測(cè)量基準(zhǔn)框架。研制的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行模擬頂板性能實(shí)驗(yàn)和超前支架-頂板體系的靜、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。迎頭頂板模擬實(shí)驗(yàn)框架和超前支架實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)時(shí)分別通過壓力傳感器、位移傳感器、油壓傳感器等采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中。
為了在進(jìn)行復(fù)合控制時(shí)對(duì)液壓缸的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)滿足控制精度的閉環(huán)控制,選用MTS電流輸出型高精度磁致伸縮位移傳感器來對(duì)各個(gè)液壓缸的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè),以彌補(bǔ)普通液壓缸沒有內(nèi)置位移傳感器的缺憾。該傳感器采用直流24V供電,輸入信號(hào)為4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),分辨率為0.0015%,非線性度為滿量程的±0.01%,能夠滿足測(cè)量需求。選用CFBLY-5T輪輻式壓力傳感器來監(jiān)測(cè)支架與被支撐頂板的支撐力。
4.2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),首先將超前支架調(diào)整至主支撐組支撐頂板,副支撐組未支撐頂板狀態(tài)。副支撐組降低至最低點(diǎn)時(shí),頂梁距離頂板距離為400mm,因此在使用直接切換方法時(shí),設(shè)定位置轉(zhuǎn)換點(diǎn)為390mm。當(dāng)采用并聯(lián)復(fù)合控制方式的直接切換方法對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行位置和壓力復(fù)合控制時(shí),副支撐組油缸在位置控制作用下以200mm/s的速度快速上升,至390mm轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換到壓力控制,副支撐組油缸繼續(xù)上升直至與頂板接觸。
采用模糊切換控制方式對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行位置和壓力復(fù)合控制時(shí),則不需要對(duì)位置轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置,只需要對(duì)模糊控制器輸入信號(hào)的范圍進(jìn)行設(shè)定,該輸入信號(hào)由頂梁與頂板之間的力傳感器得到,其變化范圍為0~0.5kN。
通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比,得到液壓缸位移與速度曲線如圖11所示,液壓缸兩腔的壓力與輸出力曲線如圖12所示。
對(duì)比仿真曲線與實(shí)測(cè)曲線,可以看出兩者趨勢(shì)基本相同,只是由于實(shí)測(cè)曲線采樣頻率造成些許差別。進(jìn)一步研究表明,采用并聯(lián)復(fù)合控制方式的直接切換方法對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行位置和壓力復(fù)合控制時(shí),切換步驟繁瑣,需要對(duì)壓力與位置同時(shí)設(shè)定一個(gè)精確的值,若位置設(shè)定較低,則系統(tǒng)提前進(jìn)入壓力控制,由于壓力控制時(shí),若系統(tǒng)回路增益很低會(huì)造成液壓缸運(yùn)行速度極其緩慢,如果位置設(shè)定較高,則系統(tǒng)在切換過程中,由于慣性有可能造成過沖,使得壓力猛增,無法控制,對(duì)頂板造成沖擊,并引起超前支架設(shè)備的較大的振動(dòng)。
5結(jié)語
本文為了解決應(yīng)用電液伺服液壓系統(tǒng)的位置與壓力復(fù)合控制方法來提高超前支架支護(hù)效率的實(shí)際問題,對(duì)綜掘巷道超前支架的機(jī)構(gòu)和電液伺服系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析。通過對(duì)比討論,分析傳統(tǒng)電液伺服位置與壓力復(fù)合控制的切換方法的缺點(diǎn),提出了一種模糊切換控制器來使得超前支架能夠?qū)⒅Ъ艿闹雾斄阂宰羁焖俣冗\(yùn)行到剛剛要與頂板接觸的位置,再通過轉(zhuǎn)換控制器從位置控制平穩(wěn)切換到壓力控制。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該切換控制器能夠有效克服傳統(tǒng)直接切換方式的缺點(diǎn),減小切換過程中引起的振蕩以及沖擊,使得過渡過程平緩,對(duì)超前支架以及巷道頂板進(jìn)行保護(hù)。
參考文獻(xiàn):
[1]盧進(jìn)南,毛君,謝苗,等.巷道超前支架全支撐態(tài)動(dòng)力學(xué)模型[J].煤炭學(xué)報(bào),2015,40(1):50-57.
LuJinnan,MaoJun,XieMiao,etal.DynamicsModelofAdvancedPoweredSupportinHeadingunderFullSupportSituation[J].JournalofChinaCoalSociety,2015,40(1):50-57.
[2]謝苗,劉治翔,解敏,等.巷道超前支護(hù)裝備的防沖擊控制策略研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2015,11(3):59-66.
XieMiao,LiuZhixiang,XieMin,etal.ResearchonAnti-shockControlStrategyforAdvancedSupportingEquipmentofRoadway[J].JournalofSafetyScienceandTechnology, 2015,11(3):59-66.
[3]謝苗,劉治翔,毛君.綜掘巷道超前支護(hù)裝備多缸同步控制方法研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2015,22(2):193-200.
XieMiao,LiuZhixiang,MaoJun.Multi-cylinderSynchronousControlMethodforAdvancedSupportofRoadwaySupportEquipment[J].ChineseJournalofEngineeringDesign,2015,22(2):193-200.
[4]謝苗,劉治翔,毛君,等. 邁步式超前支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與支護(hù)特性研究[J].機(jī)械強(qiáng)度,2015,37(3):155-163.
XieMiao,LiuZhixiang,MaoJun,etal.DesignonStep-typeAdvancedSupportingSystemandResearchontheSupportingCharacteristics[J].JournalofMechanicalStrength,2015,37(3):155-163.
[5]毛君,鄭廣輝,謝苗,等.基于Fuzzy-PID的超前支護(hù)裝備支撐力自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào),2015,10(7):56-60.
MaoJun,ZhengGuanghui,XieMiao,etal.SupportForceAutomaticControlSystemofAdvancedSupportingEquipmentBasedonFuzzy-PID[J].CAAITransactionsonIntelligentSystems,2015,10(7):56-60.
[6]陳加勝,高明中.快速掘進(jìn)配套臨時(shí)支護(hù)液壓支架設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2011,32(2):12-15.
ChenJiasheng,GaoMingzhong.HydraulicSupportsDesignofTemporarySupportforQuickTunneling[J].CoalMineMachine, 2011,32(2):12-15.
[7]ChenB,LiuG.CharacteristicAnalysisofZeroOpeningValveControlledAsymmetricalCylinderSystem[J].MachineToolandHydraulics, 2008,36:67-70.
[8]倪敬.鋼管包裝電液伺服系統(tǒng)控制策略及其應(yīng)用研究[D].杭州:浙江大學(xué),2006.
[9]權(quán)龍,許小慶,李敏,等.電液伺服位置、壓力復(fù)合控制原理的仿真及試驗(yàn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2008, 44(9):100-105.
QuanLong,XuXiaoqing,LiMin,etal.SimulationandTestofElectro-hydraulicServoPositionandPressureHybridControlPrinciple[J].ChineseJournalofMechanicalEngineering, 2008, 44(9):100-105.
[10]王益群,吳曉明,曹棟璞,等.熱連軋卷取機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封,2002(5):1-3.
WangYiqun,WuXiaoming,CaoDongpu,etal.DesignofElectro-hydraulicServoControlSystemforCoilerofHotContinuousMill[J].Hyd.Pneum. &Seals, 2002(5):1-3.
[11]吳曉明,張強(qiáng),欒海英,等.智能復(fù)合控制在助卷輥踏步控制中的應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓,2004(3):75-77.
WuXiaoming,ZhangQiang,LuanHaiying,etal.ApplicationofIntellectHybridControllerinStep-by-stepSystemforHotMillCoiler[J].MachineToolandHydraulic, 2004(3):75-77.
[12]方一鳴,王志杰,解云鵬,等.軋機(jī)液壓伺服位置系統(tǒng)多模型切換滑模變結(jié)構(gòu)控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2010,14(5):92-93.
FangYiming,WangZhijie,XieYunpeng,etal.SlidingModeVariableStructureControlofMulti-modelSwitchingforRollingMillHydraulicServoPositionSystem[J].ElectricMachinesandControl,2010,14(5):92-93.
[13]SunHong,ChiuGTC.MotionSynchronizationforDual-cylinderElectroHydraulicLiftSystems[J].IEEE/ASMETransactionsonMechatronics, 2002,7(2): 171-181.
[14]高炳微,邵俊鵬,韓桂華.電液伺服系統(tǒng)位置和力模糊切換控制方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2014,18(5):99-104.
GaoBingwei,ShaoJunpeng,HanGuihua.FuzzySwitchingControlbetweenPositionandForceforElectro-hydraulicServoSystem[J].ElectricMachinesandControl,2014,18(5):99-104.
[15]陳永亮,王向偉,潘高峰,等.液壓支架試驗(yàn)臺(tái)電液多軸加載系統(tǒng)耦合調(diào)平控制[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,36(10):1762-1767.
ChenYongliang,WangXiangwei,PanGaofeng,etal.CouplingLevelingControllerDesignofElectro-hydraulicMulti-axisSynchronousLoadingforHydraulicSupportTestRig[J].JournalofChinaCoalSociety, 2011,36(10): 1762-1767.
[16]張偉,袁朝輝,章衛(wèi)國(guó).被動(dòng)式電液伺服加載系統(tǒng)復(fù)合控制方法研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2008,19(20):2411-2414.
ZhangWei,YuanChaohui,ZhangWeiguo.ResearchonHybridControlofPassiveElectro-hydraulicServoLoadingSystem[J].ChinaMechanicalEngineering, 2008,19(20):2411-2414.
[17]欒麗君,姚立澤,齊建峰,等.自移式掘進(jìn)機(jī)輔助支護(hù)設(shè)備立柱力學(xué)分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(4):527-530.
LuanLijun,YaoLize,QiJianfeng,etal.ColumnMechanicsAnalysisofSelf-motionAssistancedPoweredSupportEquipmentforTunnelingMachine[J].JournalofLiaoningTechnicalUniversity(NaturalScienceEdition),2013(4):527-530.
[18]毛君,楊振華,盧進(jìn)南,等.邁步式超前支護(hù)過渡過程的支撐力控制策略[J].中國(guó)機(jī)械工程,2015,26(15):2103-2108.
MaoJun,YangZhenhua,LuJinnan,etal.SuportingForceControlStrategyofTransitionProcessforStepping-typeAdvancedSupportingEquipment[J].ChinaMechanicalEngineering,2015,26(15):2103-2108.
(編輯陳勇)
Electro-hydraulicServoPositionandPressureHybridControlMethodofForepolingSystemonTunnelling
XieMiao1LiuZhixiang1ChiCheng2MaoJun1
1.LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin,Liaoning,1230002.ShenyangBranchofChinaCoalResearchInstitute,Shenyang,110000
Keywords:forepoling;pressurecontrol;positioncontrol;compositecontrol;electrohydraulicservo;fuzzycontroller
Abstract:Takingintoaccounttheoperationalprinciplesofforepolingequipment,andasthetargettoimprovesupportefficiencyandtoreducethedisturbanceontheroofintheprocessofsupporting,akindofspeedandpressurecompositioncontrolmethodwasproposed.Thecontrolmethodadoptedfuzzyswitchingcontrollertocompletetheconversionofelectrohydraulicpositionandelectrohydraulicpressurecontrol.Theoreticalanalysisandexperimentalresultsshowthat,comparedwiththetraditionalspeedandpressurecontrolmethod,thecontrolmethodhereincanreduceconcussionontheroofintheprocessofswitchingfromspeedcontroltopressurecontrol,andcanimprovesupportefficiency.Researchfruitscanprovideatheoreticalbasisfortheresearchandcontrolstrategyofforepolingequipment.
收稿日期:2015-03-23
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51304107);遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(L2012118);遼寧省煤礦液壓技術(shù)與裝備工程研究中心開放基金資助項(xiàng)目(CMHT-201206)
作者簡(jiǎn)介:謝苗,女,1980年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)理論及設(shè)計(jì)。劉治翔(通信作者),男,1988年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。池城,男,1987年生。煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司工程師。毛君,男,1960年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。
中圖分類號(hào):TH113
DOI:10.3969/j.issn.1004-132X.2016.02.016