趙冬星

（晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦， 山西 晉城 048021）

引言

礦井掘進(jìn)機(jī)作為煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)的關(guān)鍵，其工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響到井下巷道掘進(jìn)的質(zhì)量，掘進(jìn)機(jī)在工作過程中主要通過控制搖臂上截割機(jī)構(gòu)的截割轉(zhuǎn)速和掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)給速度來確保掘進(jìn)作業(yè)的效率和安全性，但目前掘進(jìn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要集中在對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)，以設(shè)定的固定進(jìn)給速度為控制對(duì)象，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行油缸的位移和壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)，通過間歇性反饋來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給速度的控制，但由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，掘進(jìn)機(jī)在遇到巖層硬度增加、截割轉(zhuǎn)速降低的時(shí)候仍然采用固定進(jìn)給速度的模式極易導(dǎo)致截割系統(tǒng)的的受力損壞[1]。本文提出了一種新的基于RBF的掘進(jìn)機(jī)智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整，滿足在復(fù)雜地形條件和截割阻力多變情況下的智能截割需求，根據(jù)分析表明，該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)具有控制穩(wěn)定性高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，極大提升了井下掘進(jìn)作業(yè)的效率和安全性。

1 現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性

本文以常用的EBZ200型懸臂式掘進(jìn)機(jī)為分析對(duì)象，假設(shè)其截割阻力在1.5～2.7 kN/m之間變化，則其在正常掘進(jìn)作業(yè)過程中的工作壓力和進(jìn)給速度變化曲線如圖1所示。

由圖1可知，該掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用以設(shè)定的固定進(jìn)給速度為控制對(duì)象，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行油缸的位移和壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)的方式，遇到截割阻力突變的情況時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)給速度會(huì)出現(xiàn)顯著的下降，此時(shí)在原有邏輯控制模式下，系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)給速度，滿足對(duì)硬質(zhì)煤層的截割需求，進(jìn)給完成后若前方的截割阻力突然降低，則系統(tǒng)的進(jìn)給速度又會(huì)明顯高于設(shè)定的值，系統(tǒng)又會(huì)調(diào)整降低進(jìn)給速度，由于采用了液壓控制系統(tǒng)，對(duì)速度信號(hào)的檢測(cè)、傳遞、調(diào)整存在著較大的滯后性，會(huì)進(jìn)一步加大對(duì)進(jìn)給速度調(diào)整的難度，導(dǎo)致整個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中頻繁調(diào)整，壓力突變嚴(yán)重，給液壓系統(tǒng)的管路、元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命造成了嚴(yán)重的影響[2]。因此為了解決現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)所存在的問題，就必須改變以執(zhí)行油缸的位移和壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)采用將壓力單位時(shí)間內(nèi)的平均值作為進(jìn)給速度調(diào)整的一個(gè)聯(lián)合控制量，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為調(diào)控核心，滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下的調(diào)控需求。

圖1 掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)工作特性變化曲線

2 RBF自適應(yīng)控制理論

RBF自適應(yīng)控制即徑向基函數(shù)自適應(yīng)控制，RBF網(wǎng)絡(luò)能夠逼近任意非線性函數(shù)并且具有極高的的收斂性，特別適合對(duì)復(fù)雜、多變模糊數(shù)據(jù)的差異化分析和處理，其主要包括了輸入層、隱藏層及數(shù)據(jù)輸出層三個(gè)部分[3]，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析無需進(jìn)行單獨(dú)數(shù)據(jù)的徑向傳遞分析，也無需進(jìn)行預(yù)習(xí)設(shè)定，而是在分析過程中不斷的記憶和學(xué)習(xí)，不斷增加數(shù)據(jù)修正節(jié)點(diǎn)，直到滿足系統(tǒng)設(shè)定的誤差指標(biāo)為止，該基于RBF自適應(yīng)控制的掘進(jìn)機(jī)智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯控制原理如圖2所示[4]。

圖2 RBF自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)示意圖

該控制系統(tǒng)中，首先將監(jiān)測(cè)到的掘進(jìn)機(jī)實(shí)際進(jìn)給速度和系統(tǒng)設(shè)定的進(jìn)給速度進(jìn)行對(duì)比，將對(duì)比結(jié)果輸入到RBF控制器內(nèi)并不斷進(jìn)行修正、反饋，使其進(jìn)給速度保證在設(shè)定的速度范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)液壓控制系統(tǒng)中的油液壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若壓力達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的工作壓力的上限值則調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)給速度，避免截割阻力過大而導(dǎo)致的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損。

3 掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)需求，本文所提出的掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，在該新的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中將掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等作為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信號(hào)反饋到掘進(jìn)機(jī)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中心，經(jīng)過對(duì)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)狀態(tài)的綜合判斷后發(fā)出對(duì)截割轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)控制指令，滿足在不同截割狀態(tài)下的截割控制需求[5]。

4 智能驅(qū)動(dòng)控制效果

為了對(duì)該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析，同樣采用EBZ200型懸臂式掘進(jìn)機(jī)為分析對(duì)象，假設(shè)其截割阻力在1.5～2.7 kN/m之間變化，則在新的控制系統(tǒng)作用下掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的壓力和進(jìn)給速度變化曲線如圖4所示。

圖3 掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 優(yōu)化后掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)工作特性變化曲線

由測(cè)試結(jié)果可知，同樣的工況下，優(yōu)化后系統(tǒng)的平均工作壓力由最初的13 MPa降低到了目前的11 MPa，比優(yōu)化前降低了15.4%，工作時(shí)的平均進(jìn)給速度由最初的21 mm/min提高到了優(yōu)化后的35 mm/min，平均提升了66.7%，而且在工作過程中的壓力變化幅度和速度變化幅度均有了明顯的降低，表明該智能控制系統(tǒng)能夠有效提升掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性和掘進(jìn)效率。