[发明专利]一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法

摘要

本发明公开了一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，基于钻机钻臂摆角控制要求，引入变频泵控技术，构建新型变频泵控锚杆钻机钻臂旋转系统。采用机理建模方法，建立新型钻机钻臂旋转系统的数学模型，分析系统特性，设计基于动态切换函数的钻臂摆角滑模自适应控制方法。本发明所达到的有益效果：本发明适用于综掘巷道支护中锚杆/锚索的精确位置控制，在变频泵控钻机钻臂旋转系统中具有较好的控制性能，能够有效克服系统中存在的诸多不确定性因素对系统的影响，鲁棒性更强，能够更好的满足煤炭规程中锚杆/锚索安装的偏转角控制需求，为实现锚杆/锚索的高精度定位与安装奠定实现基础。

主权项

1.一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)建立钻机钻臂旋转系统；步骤2)结合步骤1)所得到的钻机钻臂旋转系统，限定建模环境条件，建立钻机钻臂旋转的系统数学模型；具体步骤为：21)记变频器输入电压为u_c，输出频率为f₁，电压/频率转换系数为k_u，额定电压条件下的电压/频率转换系数为k_N，异步电机的定子相电压为U₁，建立变频器的数学模型为：f₁＝k_uu_c，U₁＝k_Nf₁；22)记异步电机的转动惯量为J₁，黏性阻尼系数为B₁，磁极对数为m_p，定子侧的转子每相绕组等效电阻为R_r，输出转速为n₁；定量泵的排量为D₁，出口压力为p_B，机械传动效率为η₁，异步电机驱动定量泵的数学模型为：23)记乳化液温度为T₀时的动力黏度为乳化液的黏温系数为γ，乳化液温度为T，有效体积弹性模量为β_e；双向液压马达排量为D₂，转速为n₂；定量泵与双向液压马达的总泄漏系数为λ，高压腔容积为V₀，定量泵驱动双向液压马达的数学模型为：24)记双向液压马达的机械传动效率为η₂，黏性阻尼系数为B₂，转动惯量为J₂；蜗轮蜗杆的转动惯量为J₃，传动比为i，黏性阻尼系数为B₃，机械传动效率为η₃，未建模负载转矩和外界扰动T_f；锚杆钻机钻臂转角为θ_l，蜗轮蜗杆驱动钻臂的负载特性模型为：25)整合得到钻机钻臂旋转系统的数学模型为：式中，u＝u_c，表示系统中未建模因素和外加扰动引起的不确定项，且Δ是有界的；C＝[1,0,0,0]，步骤3)依据钻臂摆角控制的精度要求，针对钻机钻臂旋转系统存在的不确定性，且基于步骤2)构建的系统数学模型，设计基于动态切换函数的变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角滑模自适应控制器；步骤4)基于Matlab仿真平台实现的动态滑模自适应控制器，验证所构建钻机钻臂旋转系统的有效性和合理性。