SINS/WSN下采煤机位姿监测系统及实验研究
煤炭是我国重要的基础能源和原料，以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变。伴随着安全事故频发，煤炭的安全高效开采已经成为国内外学者重点研究的课题。综采工作面作为煤炭开采中应用技术最复杂，最能体现高产高效的工作环节之一，其采煤机在工作面的位置与姿态感知是实现采矿“三机”联动工作乃至少人或无人化开采的关键。本文以采煤机为研究对象，通过掌握采矿机群运动规律，进而综合惯性导航以及无线传感器网络定位理论，构建了采煤机SINS/WSN组合定位定姿模型，给出了基于信赖度的位置组合校正方法，并开发了针对模拟试验平台的上位机位姿监测软件，以期实现综采工作面采煤机稳健定位定姿。主要研究内容包括： 1）捷联惯导下采煤机定位定姿技术研究。通过建立系统坐标系完成了采煤机的空间运动分析。针对现有采煤机定位方法存在的问题，采用惯性导航技术来实现采煤机的定位定姿。构建了采煤机的惯性导航方程，并给出了圆锥误差补偿的姿态解算策略以及速度、位置解算策略，在此基础上进行了纯惯导下采煤机定位定姿的仿真研究。 2）SINS/WSN下采煤机动态定位策略。在分析无线传感器网络下采煤机定位策略与误差特性的基础上，针对其出现的定位粗大误差、短时失效问题，结合捷联惯导定位短时高精度的特点，提出了基于SINS/WSN信赖度的组合定位策略，并进行组合系统仿真研究，分析探讨了组合模型的定位精度。 3）定位平台搭建及上位机软件设计。搭建了采煤机捷联惯导与链式无线传感网络定位试验平台，针对该模拟实验台，采用 C＃+Matlab+SQL多软件集成的方式设计上位机位姿监测软件。其中，采用C＃编程语言完成图形化人机界面开发，利用Matlab做滤波处理与位姿解算，并使用 SQL数据库进行定位数据的存取，最终在主界面上输出采煤机位姿的实时监测结果。 4）定位定姿实验测试与结果分析。在模拟实验台上开展采煤机定位定姿实验研究，验证了SINS/WSN组合定位理论模型的有效性，同时测试了定位系统精度。
采煤机;捷联惯导;位姿监测系统;无线传感器网络;组合定位
中国矿业大学
硕士
测试计量技术及仪器
李威
2015
中文
TD421.6;TD676
113
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）