金属矿山

作者：江松,武露云付信凯顾清华洪勇章赛卢才武

单位：1. 西安建筑科技大学资源工程学院,陕西 西安 710055;2. 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司,安徽 马鞍山 243000;3. 金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽 马鞍山 243000;4. 中钢集团山东富全矿业有限公司,山东 济宁 272000

关键词：无轨胶轮车,LQR,PID,前馈补偿,电机模型,横纵向协调控制,智能矿山,

基金：国家自然科学基金项目(编号:52104146);陕西省教育厅服务地方专项重点培育项目(编号:21JC024);中国博士后科学基金项目(编号:2022M722925)。

无人驾驶技术是实现无轨胶轮车井下安全、智能、高效运输的重要方案之一,为了提高无人驾驶过程中的轨迹跟踪精度,提出了基于前馈补偿的横向线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)与纵向比例积分微分(Proportion Integration Derivative,PID)位移速度调节器相结合的控制策略,实现车辆的横纵向协调控制。 通过建立考虑轮胎侧偏特性的 2 自由度无轨胶轮车动力学模型和跟踪误差模型,并采用井下无轨胶轮车实车参数建立其电机模型,得到车辆的驱动制动输出。 利用 Carsim 和 Matlab / Simulink 搭建联合仿真环境,分别在井下双车道工况、单车道工况与颠簸路面工况下进行了轨迹跟踪仿真验证。 结果表明:在 3 种工况下车辆轨迹跟踪过程中的最大横向误差仅为 5 cm,最大纵向误差仅为 10 cm,速度误差控制在 1 m / s 以内,航向误差范围为±0. 1 rad,前轮偏转角变化平稳未出现抖动现象。 为验证控制器在井下实际环境下的跟踪性能,使用实验室小车于陕西某井下巷道进行了现场试验验证,结果表明:井下实际巷道下试验结果误差仍在合理范围内,解决了车辆运行过程中的速度和路径的时变问题,反映出该控制器具有较高的精度和较好的稳定性。

来源：2024年第01期

《金属矿山》期刊编辑部

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