基于神经网络补偿的液压支架群推移系统直线度控制方法

TD421; 煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模误差和未知外部干扰等因素增加了液压支架推移系统的位置控制难度.针对此问题,首先,建立了液压支架推移油缸电液系统的数学模型,考虑到推移油缸仅有位置信息可测的实际工况,将其转化成Brun-ovsky标准型的形式.其次,设计了高阶滑模状态观测器利用可测的位置信息估计系统其他难以直接测量状态信息,同时,以系统状态信息为学习数据,设计了一种基于径向基神经网络的扰动观测器实时估计和补偿系统的未知扰动力.再次,结合反步设计原理,针对液压支架推...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in煤炭科学技术 Vol. 52; no. 11; pp. 174 - 185
Main Authors 王云飞, 赵继云, 张鹤, 王浩, 张阳
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 徐州徐工工程机械有限公司,江苏 徐州 221132%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116 01.11.2024
浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310058%煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013
中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 221116
Subjects
Online AccessGet full text
ISSN0253-2336
DOI10.12438/cst.2024-0951

Cover

Abstract TD421; 煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模误差和未知外部干扰等因素增加了液压支架推移系统的位置控制难度.针对此问题,首先,建立了液压支架推移油缸电液系统的数学模型,考虑到推移油缸仅有位置信息可测的实际工况,将其转化成Brun-ovsky标准型的形式.其次,设计了高阶滑模状态观测器利用可测的位置信息估计系统其他难以直接测量状态信息,同时,以系统状态信息为学习数据,设计了一种基于径向基神经网络的扰动观测器实时估计和补偿系统的未知扰动力.再次,结合反步设计原理,针对液压支架推移油缸拉架过程提出了一种鲁棒输出反馈控制器,并利用Lyapunov理论对整个闭环控制系统进行了稳定性验证.然后,基于ZY3200/08/18D液压支架推移油缸的实际物理参数建立了仿真模型,通过仿真测试发现所设计的鲁棒输出控制器的最终位置精度较传统比例积分控制器提高了 77.19%,神经网络补偿器针对不同油缸载荷的估计精度分别为 64.41%和 75.38%.最后,为了进一步验证新型控制器的有效性,搭建了一个液压支架群多缸控制系统试验台,并开展了推移油缸拉架过程的模拟实验,实验结果表明:鲁棒输出反馈控制器较比例积分控制器的平均跟踪精度提高了47.23%,最终位置精度提高了75.00%,相邻推移油缸的平均同步误差提高了 47.08%.研究结果为液压支架推移系统的动力学分析和直线度控制提供了一种思路.
AbstractList TD421; 煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模误差和未知外部干扰等因素增加了液压支架推移系统的位置控制难度.针对此问题,首先,建立了液压支架推移油缸电液系统的数学模型,考虑到推移油缸仅有位置信息可测的实际工况,将其转化成Brun-ovsky标准型的形式.其次,设计了高阶滑模状态观测器利用可测的位置信息估计系统其他难以直接测量状态信息,同时,以系统状态信息为学习数据,设计了一种基于径向基神经网络的扰动观测器实时估计和补偿系统的未知扰动力.再次,结合反步设计原理,针对液压支架推移油缸拉架过程提出了一种鲁棒输出反馈控制器,并利用Lyapunov理论对整个闭环控制系统进行了稳定性验证.然后,基于ZY3200/08/18D液压支架推移油缸的实际物理参数建立了仿真模型,通过仿真测试发现所设计的鲁棒输出控制器的最终位置精度较传统比例积分控制器提高了 77.19%,神经网络补偿器针对不同油缸载荷的估计精度分别为 64.41%和 75.38%.最后,为了进一步验证新型控制器的有效性,搭建了一个液压支架群多缸控制系统试验台,并开展了推移油缸拉架过程的模拟实验,实验结果表明:鲁棒输出反馈控制器较比例积分控制器的平均跟踪精度提高了47.23%,最终位置精度提高了75.00%,相邻推移油缸的平均同步误差提高了 47.08%.研究结果为液压支架推移系统的动力学分析和直线度控制提供了一种思路.
Abstract_FL Straightness control of fully mechanized mining face is one of the key technologies to realize intelligent mining,and the posi-tion control performance of the hydraulic support push cylinder directly affects the straightness level of the mining face,but the parameter uncertainty,the modeling error and the unknown external disturbances of the push cylinder electro-hydraulic system have increased the difficulty of the position control of the hydraulic support push system.Firstly,the mathematical model of the electro-hydraulic system of the hydraulic support push cylinder is established,which is transformed into Brunovsky standard form taking into account the actual work-ing condition that the push cylinder has only measurable position information.Secondly,a high-order sliding mode state observer is de-signed to estimate other system states using the measurable position information,while a radial-based neural network-based disturbance observer is designed to estimate and compensate the unknown disturbance forces of the system in real time with using the estimated sys-tem state information as the learning data.Thirdly,an output feedback robust controller is proposed for the hydraulic support push cylin-der with Backstepping design principle,and the stability of the whole closed-loop control system is verified by Lyapunov theory.Fourthly,a simulation model is established based on the actual physical parameters of the ZY3200/08/18D hydraulic support push cylinder,and the simulation results show that the final position accuracy of the designed controller is improved by 77.19%compared with traditional PI con-troller,and the estimation accuracy of the neural network compensator for the loads of different cylinders are 64.41%and 75.38%,respect-ively.Finally,to further verify the effectiveness of the proposed controller,a hydraulic support group multi-cylinder control system test rig is built and the pulling process experiments are carried out.The experimental results showed that the average tracking accuracy of the new controller is improved by 47.23%,the final position accuracy is improved by 75.00%and the average synchronization error of adjacent cylinders is improved by 47.08%compared with the PI controller.The research results provide an idea for the dynamic analysis and straightness control of hydraulic support pushing system.
Author 王浩
张鹤
王云飞
赵继云
张阳
AuthorAffiliation 中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 221116;徐州徐工工程机械有限公司,江苏 徐州 221132%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116;浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310058%煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013
AuthorAffiliation_xml – name: 中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 221116;徐州徐工工程机械有限公司,江苏 徐州 221132%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116;浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310058%煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013
Author_FL ZHANG He
WANG Yunfei
WANG Hao
ZHANG Yang
ZHAO Jiyun
Author_FL_xml – sequence: 1
  fullname: WANG Yunfei
– sequence: 2
  fullname: ZHAO Jiyun
– sequence: 3
  fullname: ZHANG He
– sequence: 4
  fullname: WANG Hao
– sequence: 5
  fullname: ZHANG Yang
Author_xml – sequence: 1
  fullname: 王云飞
– sequence: 2
  fullname: 赵继云
– sequence: 3
  fullname: 张鹤
– sequence: 4
  fullname: 王浩
– sequence: 5
  fullname: 张阳
BookMark eNotj7tKA0EYRqeIYIxpfQWrjfPPPzPZLSV4w4CN1mGvYtQNOBFtBQtBWBHUQiVBMMZOMLLgLpqXcWd8DA1afd0555shpbgTh4TMAa0B42gv-KpbY5RxizoCSqRMmUCLIcppUlVqx6MCsM6ByjJZL_rZV5aYQc_kF-bj0uT33w-D4mRsbk91-lok5_rqRfdS8_mok2czzM0oN3nf3L2ZbFxkTzoZFmepvnnXo-tZMhW5eyqs_m-FbC0vbTZWrebGylpjsWkpmEQFkmEoQsbqwnV9x4l8ZBBB3Qk85J7kKJAFtmBeFCDjHoDNpe9FkkqbB6GUWCHzf9wjN47ceLvV7hwexL_G1n5397itJtcBKHD8Af7dbAo
ClassificationCodes TD421
ContentType Journal Article
Copyright Copyright © Wanfang Data Co. Ltd. All Rights Reserved.
Copyright_xml – notice: Copyright © Wanfang Data Co. Ltd. All Rights Reserved.
DBID 2B.
4A8
92I
93N
PSX
TCJ
DOI 10.12438/cst.2024-0951
DatabaseName Wanfang Data Journals - Hong Kong
WANFANG Data Centre
Wanfang Data Journals
万方数据期刊 - 香港版
China Online Journals (COJ)
China Online Journals (COJ)
DatabaseTitleList
DeliveryMethod fulltext_linktorsrc
Discipline Engineering
DocumentTitle_FL Straightness control method of hydraulic support group pushing system based on neural network compensation
EndPage 185
ExternalDocumentID mtkxjs202411014
GrantInformation_xml – fundername: (国家自然科学基金); (国家自然科学基金)
  funderid: (国家自然科学基金); (国家自然科学基金)
GroupedDBID -02
2B.
4A8
5XA
5XC
92H
92I
93N
ABJNI
ACGFS
ALMA_UNASSIGNED_HOLDINGS
CCEZO
CDRFL
CW9
GROUPED_DOAJ
PSX
TCJ
TGT
U1G
U5L
ID FETCH-LOGICAL-s1024-d623e5e2275aac99fc321f179db34b643532d852bfd324b11846cbf60684de663
ISSN 0253-2336
IngestDate Thu May 29 04:07:34 EDT 2025
IsPeerReviewed false
IsScholarly true
Issue 11
Keywords 液压支架
综采工作面直线度
位置控制
high-order sliding mode state observer
高阶滑模状态观测器
position control
神经网络
straightness of fully mechanized mining face
neural network
hydraulic support
Language Chinese
LinkModel OpenURL
MergedId FETCHMERGED-LOGICAL-s1024-d623e5e2275aac99fc321f179db34b643532d852bfd324b11846cbf60684de663
PageCount 12
ParticipantIDs wanfang_journals_mtkxjs202411014
PublicationCentury 2000
PublicationDate 2024-11-01
PublicationDateYYYYMMDD 2024-11-01
PublicationDate_xml – month: 11
  year: 2024
  text: 2024-11-01
  day: 01
PublicationDecade 2020
PublicationTitle 煤炭科学技术
PublicationTitle_FL Coal Science and Technology
PublicationYear 2024
Publisher 徐州徐工工程机械有限公司,江苏 徐州 221132%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116
浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310058%煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013
中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 221116
Publisher_xml – name: 中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 221116
– name: 徐州徐工工程机械有限公司,江苏 徐州 221132%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116
– name: 浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310058%煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013
SSID ssib051374106
ssj0037581
ssib001105251
ssib012291398
ssib036204842
Score 2.4039295
Snippet TD421; 煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模...
SourceID wanfang
SourceType Aggregation Database
StartPage 174
Title 基于神经网络补偿的液压支架群推移系统直线度控制方法
URI https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/mtkxjs202411014
Volume 52
hasFullText 1
inHoldings 1
isFullTextHit
isPrint
journalDatabaseRights – providerCode: PRVAON
  databaseName: DOAJ Directory of Open Access Journals
  issn: 0253-2336
  databaseCode: DOA
  dateStart: 20210101
  customDbUrl:
  isFulltext: true
  dateEnd: 99991231
  titleUrlDefault: https://www.doaj.org/
  omitProxy: true
  ssIdentifier: ssj0037581
  providerName: Directory of Open Access Journals
link http://utb.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwzV3Na9RAFA-1XvQgfuI3PTinsrozySST42SbpSh6aqG30nwpiiu4W5DeBA-CsCKoB5UWwVpvgpWCu2j_GXfjP-Dd915ms6ktaD0JS3g78-bNb-Y3ycwLk3mWdSkDtydVdVmLYzxUO_ZjuKUiDwjxbJghYt-nc2av33Bn552rC3JhYvJnZdfScie6HK_s-V3Jv7AKacArfiW7D2ZLo5AAMvALV2AYrn_FMQsl85ss0Cx08KpCFnpMQyIJQcBUk4QZ5nOT4jdYqJjmqAbFFWcB6fhQ3GGhywL4CcoKmQowxXeYbpIQYi7aCZkmZdDRiiol45hlj4QAsaHlgAUOpWiqS6Kg3VFxj-pSZBmqgNp9gmGzIi7maOmMFpSkekEQTM-YerFpEv8amxp3b6CpBsAeDSgqVDSIugoL-UxDJeFYBUBI_BXoEZnRHatAPpitY2HAqZ097LtoQvvV9ynCMR8Wju4AMhQyv06CR4TtTCnoMYKHvWzIaBDfLtOCBaN2Kh8B-b4pjt3UIAEGh4K7iEBx4oPsqOb0bgTTAtx0WzAhqd2KelgSfdTVONKaJgtGS0hcFPSVnW_QeThmgj1bUCoTXmjEftDhK6D_GV1lWhXSrgm7OHZntAaQovqs45UZnRdBpMzikBfxpXatO4RDYQbiNm7PhjGFjst4hVXue73bufPgdhs1OMbIPmAdFJ7risqbIPJiOAaXLKddLgSe3VtOkzaGkFBO6ZVIboNbgJsligWo7UmKzVw21JxVixiv7EBIHyq2sqXWzcqaeu6odcQ4w1O6eLIdsyZWbh23DleOSD1hXRus9b73uvn6at5_mn99lvff_Hi7Pni4nb96NNz6NOg-GT7_OFzdyr-9G3Y_5Bv9fLOf99fy15_z3vag937Y3Rg83hq-_DLcfHHSmm-Gc43ZmgkAU2tzxJiAb5bKVAhPLi3BtJHFtuAZLCGSyHYi8KWkLRIlRZQl4BdGnIMzFUeZW3eVk6TgS52yJlv3Wulpa4qnWeqoKHWzeuakaV1FicvdLEugI6O0npyxpkxXLJoHfHvxN7bO_lnlnHVo_Eg5b0127i-nF8Bp6UQXieJfEwPpzw
linkProvider Directory of Open Access Journals
openUrl ctx_ver=Z39.88-2004&ctx_enc=info%3Aofi%2Fenc%3AUTF-8&rfr_id=info%3Asid%2Fsummon.serialssolutions.com&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rft.genre=article&rft.atitle=%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E7%A5%9E%E7%BB%8F%E7%BD%91%E7%BB%9C%E8%A1%A5%E5%81%BF%E7%9A%84%E6%B6%B2%E5%8E%8B%E6%94%AF%E6%9E%B6%E7%BE%A4%E6%8E%A8%E7%A7%BB%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%9B%B4%E7%BA%BF%E5%BA%A6%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%96%B9%E6%B3%95&rft.jtitle=%E7%85%A4%E7%82%AD%E7%A7%91%E5%AD%A6%E6%8A%80%E6%9C%AF&rft.au=%E7%8E%8B%E4%BA%91%E9%A3%9E&rft.au=%E8%B5%B5%E7%BB%A7%E4%BA%91&rft.au=%E5%BC%A0%E9%B9%A4&rft.au=%E7%8E%8B%E6%B5%A9&rft.date=2024-11-01&rft.pub=%E5%BE%90%E5%B7%9E%E5%BE%90%E5%B7%A5%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E6%9C%89%E9%99%90%E5%85%AC%E5%8F%B8%2C%E6%B1%9F%E8%8B%8F+%E5%BE%90%E5%B7%9E+221132%25%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%9F%BF%E4%B8%9A%E5%A4%A7%E5%AD%A6%E6%9C%BA%E7%94%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%AD%A6%E9%99%A2%2C%E6%B1%9F%E8%8B%8F+%E5%BE%90%E5%B7%9E+221116%25%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%9F%BF%E4%B8%9A%E5%A4%A7%E5%AD%A6%E6%9C%BA%E7%94%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%AD%A6%E9%99%A2%2C%E6%B1%9F%E8%8B%8F+%E5%BE%90%E5%B7%9E+221116&rft.issn=0253-2336&rft.volume=52&rft.issue=11&rft.spage=174&rft.epage=185&rft_id=info:doi/10.12438%2Fcst.2024-0951&rft.externalDocID=mtkxjs202411014
thumbnail_s http://utb.summon.serialssolutions.com/2.0.0/image/custom?url=http%3A%2F%2Fwww.wanfangdata.com.cn%2Fimages%2FPeriodicalImages%2Fmtkxjs%2Fmtkxjs.jpg