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专利号: 2019102846192
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 流体压力执行机构;一般液压技术和气动技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立双绳缠绕式超深立井提升子系统数学模型;

步骤2:建立电液伺服子系统位置闭环的数学模型;

步骤3:非线性系统平整度特性;

步骤4:设计双绳缠绕式超深矿井提升子系统平整度控制器;

步骤5:设计电液伺服子系统位置闭环平整度控制器。

2.根据权利要求1所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,步骤1中所述的双绳缠绕式超深立井提升子系统数学模型如下:式中, 和q分别为广义加速度、速度和位移,q=[xc,yc,θ],xc和yc分别为提升容器重心的垂直和水平位移,θc为提升容器的逆时针旋转角度,M、C、K和F分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和提升子系统的非有势力;其中:

3.根据权利要求2所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,在提升子系统建模过程中,假设没有偏移载荷条件,即a1=a2,且当提升容器的逆时针旋转角度为0,两根钢丝绳的张力一致;因此,双绳缠绕式超深立井提升子系统数学模型简化为:式中,Mij、Cij、Kij和Fij分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和非有势力的元素,i=1,

2,3和j=1,2,3。

4.根据权利要求3所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,提升容器的位姿调平是由两个液压执行器调节的,因此,u1=u=-u2,提升容器倾角θ为控制量,因此,双绳缠绕式超深立井提升子系统数学模型进一步简化为:式中,

由于kh1和kh2远大于ch1和ch2,上述公式再进一步化简为:

5.根据权利要求3所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,选取状态变量为 提升子系统动力学模型可以转化为状态空间形式:

y1=x1

式中,h1=B/A,h2=C/A,h3=R/A,f=F0/A。

6.根据权利要求1所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,步骤2所述的电液伺服子系统数学模型如下:式中,Ap为液压缸活塞的有效作用面积,Ctl为液压缸总泄漏系数,xp为液压缸活塞杆的位移,Vt为液压缸进油腔和回油腔的总体积,βe为液压缸油液的有效体积弹性模量;

根据牛顿第二定律,电液伺服系统的负载力平衡方程如下:其中,FL为液压缸作用在浮动天轮的力,m为浮动天轮总质量,Bp为液压缸粘性阻尼系数。

7.根据权利要求5所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,选取状态变量为 电液伺服子系统动力学模型可转化为状态空间形式:

y2=x3

式中,a1=Ap/m,a2=Bp/m,a3=1/m,a4=4βeAp/Vt,a5=4βeCtl/Vt,a6=4βe/Vt。

8.根据权利要求1所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,步骤3中非线性系统平整度特性输出的具体设计如下:式中,x是系统状态变量,u是与系统输出y具有相同维数的系统控制输入;

如果存在如下系统输出y:

那么系统状态变量x和系统控制输入u可以表示为系统输出及其有限次微分的方程形式:

9.根据权利要求1所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,步骤4中双绳缠绕式超深矿井提升子系统位姿调平平整度控制器的具体设计如下:

10.根据权利要求1所述的双绳缠绕式超深立井提升系统提升容器位姿控制方法,其特征在于,步骤5中电液伺服子系统位置闭环平整度控制器的设计如下: