Анализ способов автоматического направленного вождения проходческих комбайнов.

Автоматизация управления вождением проходческого комбайна в заданном направлении.

Для автоматического вождения проходческого комбайна в заданном направлении применяют различные способы такого вождения. Мы рассмотрим только два из них:

· Вождение комбайна по направлению лазерного луча;

· Вождение комбайна по гирокомпасу.

Автоматическое вождение проходческого комбайна в заданном направлении по лазерному лучу.

Принцип автоматического вождения проходческого комбайна по лазерному лучу показан на рис. 48а. Согласно этого принципа, источник лазерного излучения 1 подвешивается в верхней части выработки и ориентируется в заданном направлении с помощью геодезических приборов. Датчик 2, воспринимающий лазерное излучение, устанавливается в верхней части корпуса комбайна. Этот датчик рис. 48б представляет собой щит с установленными на нем фотодиодами, воспринимающими лазерное излучение. Эти фотодиоды располагаются группами следующего назначения:

· в центре щита устанавливается центральный фотодиод d5, который воспринимает только заданное направление луча, все остальные группы фотодиодов регистрируют отклонение комбайна от этого направления;

· Фотодиоды осевой группы d1, d2, d3, d4 регистрируют отклонение луча от соответствующей оси.

· Фотодиоды межосевой группы g1, g2, g3, g4 регистрируют отклонение луча попавшего на межосевую область щита, когда он не попадает ни на одну из его осей.

Рис 48. Схема управления движением проходческого комбайна по лазерному лучу.

Система управления направленным вождением проходческого комбайна по лазерному лучу выполнена в двух контурном варианте. Один из этих контуров управления следит за положением луча на датчике (щите). Второй контур этой системы регулирует отклонение продольной оси комбайна от координатных осей датчика, ориентированного лазерным лучом в заданном направлении. Необходимость введения двух контурной системы связана с большой инерционностью управления положением комбайна относительно лазерного луча, поэтому гораздо легче ориентировать щит относительно этого луча, а систему управления пространственным положением комбайна проще ориентировать при этом относительно положения датчика (щита).

На рис. 48в. представлена структурная схема системы автоматического управления положением датчика (щита) относительно направления лазерного луча. Система выполнена в микропроцессорном варианте. К каждому каналу порта дискретного ввода подключена определенная группа фотодиодов. Так к каналу ввода In d0 параллельно подключены все фотодиоды групп d1 и g4, а к каналу ввода In d1 аналогично подключены фотодиоды групп d2 и g1 и т. д. Только к каналу In d4 единично подключен центральный фотодиод d5.

Попадание луча на группу фотодиодов d1 и g4 вызывает появление единичного цифрового сигнала (в шестьнадцатиричной системе счисления это число 01), аналогично датчики группы d2 и g1 дают числовой сигнал 02, а группы d3, g2 и d4, g3 дают в этой же системе счиления соответственно цифровые сигналы 04 и 08. Сигнал датчика d5 формирует цифровой код 10.

Каждый из каналов порта дискретного вывода включает привод перемещения щита в определенном направлении, причем сигнал фотодатчиков осевой группы включает привод щита таким образом, чтобы переместить луч лазера к центральному фотодиоду. Высвечивание фотодиодов межосевой группы вызывает включение тех приводов перемещения щита, которые сдвигают положение луча в сторону фотодиодов осевой группы. В результате реализации такого принципа включения приводов положение луча на щите последовательно смещается в сторону центрального фотодиода. Алгоритм управления перемещением датчика (щита) контроля направления движения проходческого комбайна показан на рис.49.

После запуска этого алгоритма происходит опрос состояния порта дискретного ввода контроллера. Затем чрез условные команды производится анализ цифрового сигнала полученного из этого порта. Выполнение одного из условий состояния порта дискретного ввода контроллера включает провод соответствующего направления перемещения щита.

Только в случае попадания луча на центральный фотодиод d5 цикл опроса порта продолжается без изменений положения щита. Если же порт дискретного ввода будет формировать цифровой сигнал, не удовлетворяющий выше перечисленным условиям, то на экране оператора появляется сообщение «Луч не

попал на датчик», что означает выход луча за пределы поля щита или неспособность луча достичь этого поля. Эта ситуация требует ручного вмешательства в процесс управления и новой настройки системы.

Перемещение щита относительно продольной оси комбайна вызывает рассогласование сигналов первоначальной инструментальной настройки вторичного контура управления, который при этом стараясь свести это рассогласование к нулю ориентирует комбайн относительно согласованного положения щита.. Однако этот процесс очень инерционный, поэтому, за один цикл компенсации этого рассогласования щит несколько раз может менять свое положение относительно направления лазерного луча.

Рис 49 Алгоритм управления перемещением датчика контроля направления движения проходческого комбайна.

Автоматическое вождение проходческого комбайна в заданном направлении по гирокомпасу.

Гирокомпасом называют прибор, предназначенный для измерения углового положения каких либо объектов. В наше случае этим прибором можно замерять угловое отклонение траектории движения проходческого комбайна от заданного направления.

Чувствительным элементом гироскопа является вращающееся тело (волчек), ось вращения которого сохраняет пространственное положение первоначальной раскрутки. Если это тело первоначально раскрутить, то его ось вращения всегда будет сопротивляться изменению ее первоначальной ориентации. Этот эффект заложен в принцип работы гирокомпаса.

Принцип автоматического вождения проходческого комбайна по гирокомпасу показан на рис.50.

Рис. 50. Схема вождения проходческого комбайна по гироскопу

Согласно этого принципа гирокомпас регистрирует угол α отклонения движения комбайна от заданного направления. Величин этого отклонения передается регулятору, который в точке А траектории движения комбайна сводит это рассогласование до нуля. Однако даже в случае нулевого рассогласования новая траектория движения комбайна окажется не на заданном, а на параллельном курсе. Эта ситуация не допустима при проведении горных выработок, так как эти работы имеют жесткие допуски на отклонения от заданного направления, а при многократном регулировании без коррекции это отклонение суммируется и результат суммирования быстро выходит за рамки допустимого значения.

Чтобы избежать появления этой ситуации регулятор должен вводить коррекцию на параллельный курс. Для этого из точки А он должен повернуть комбайн на угол β в сторону заданной траектории OY. В момент пересечения комбайном этой траектории регулятор вновь должен повернуть комбайн на этот же угол, но уже в обратном направлении. Такой корректирующий маневр довольно сложен пока в практической реализации, поэтому изложенный способ. автоматического вождения проходческого комбайна в заданном направлении пока не нашел широкого применения.

К достоинству этого способа автоматического вождения комбайна нужно отнеси малую зависимость его от запыленности рабочего пространства в горной выработки, которая характерна постоянно наблюдается в этом технологическом процессе. Эта запыленность снижает эффективность автоматического вождения проходческого комбайна способом лазерного визирования.