Система управления движением проходческого щита

 

СИСТЕМА УПГ АВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА, содержащая оптический задатчик направления , зеркальную отклоняюн1ую призму с приводом и блоком управления, приводо.м, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерения пройденного расстояния и фотоэлектрическ.ой следящей системы щелевой диафрагмы, матрицу с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к перво.му входу управляющего блока , отличающаяся тем, что, с упрощения конструкции и повыщения точности управления , система снабжена усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, задатчиком , блоком памяти, двумя блоками сравнения и блоком вычисления второй координаты оси щита, выполненным в виде двух инте(раторов и двух сумматоров, при . это.м первый вход первого интегратора соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, а выход.подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумма тора, выход кото.рого подключен к второму входу первого интегратора, первому входу второго интегратора и второму входу управляющего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первоS го интегратора, выход управляющего блока соединен с первым входом усилителя с ре (Л гулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, соответствующие входы которого подключены к выходам .ика и второго блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнения подключены к выходу измерительного блока. со 4 ел ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

5(511 Е 21 С 35 24

1 .;хО Вюя

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%йб. Зц РЫА.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР по делАм изоБРетений и ОтнРытий (21 ) 3474342/22-03 (22) 21.07.82 (46) 15.02.84. Бюл. _#_o 6 (72) В. Т. Загороднк>к, H. A. Глебов и А. H. Вершинин (71) Новочеркасский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 622.26:624.191.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

K 682647, кл. Е 21 (. 35/24, 1974.

2. Авторское свидетельство (.ССР

Л"з 825939, кл. Е 21 С 35/24, 1979 (протоTHII) . (54) (57) СИСТЕNA УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА, содержащая оптический задатчик направления, зеркальную отклонякгшую призму с приводом и блоком управления. приводом, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерения пройденного расстояния и фотоэлектрической следящей системы щелевой диафрагмы, матрицу с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к первому входу управляющего блока, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности управления, система снабжена усилителем с

„„SU„„1073455 А регулируемым коэффициентом усиления, задатчи«ом, блоком памяти, двумя блоками сравнения и блоком вычисления второй координаты оси щита, выполненным в виде двух интеграторов и двух сумматоров. при этом первый вход первого интегратора соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усli„ åния, а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого интегратора, первому входу второго интегратора и второму входу управлявшего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первого интегратора, выход управляющего блока соединсн с первым входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, соответсгвующие входы которого подключены к выходам задатчика и второго блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнения подключены к выходу измерительного блока.

107М55

Зо

Изобретение относится к горной автоматике, в частности к устройствам для направленного движения горнопроходческих машин.

Известна система управления движением горной машины, содержащая оптический задатчик направления, фотоприемный блок, измерительный блок, дальномер, привод поворота, зеркальную отклоняющую призму, расположенную между оптическим задатчиком направления и проходческим шитом (1).

Однако такая система не обеспечивает требуемой точности управления из-за отсутствия контроля действительного поворота зеркальной отклоняющей призмы и нечувствительности к изменениям внешних условий.

Кроме того, наличие в фотоприемном блоке двух матриц с фотоэлементами не позволяет использовать систему на щитах малого диаметра.

Известна также система управления движением проходческого щита, содержащая оптический задатчик направления, зеркальную отклоняющую призму с приводом и блоком управления приводом, две матрицы с фотоэлементами, связанные с измерительным блоком, блок измерения пройденного расстояния, управляющий блок, фотоэлектрическую следящую систему шелевой диафрагмы с датчиком перемешений, установленную между зеркальной отклоняющей призмой н матрицей с фотоэлементами (2).

Указанная система не обеспечивает требуемой точности управления, так как не учитывает изменение внешних условий.

Кроме того, система не может быть использована на щитах малого диаметра, так как содержит две матрицы с фотоэлементами.

Целью изобретения является повышение точности управления и упрощение конструкции системы.

Поставленная цель достигается тем, что система управления движением проходческого щита, содержащая оптический задатчик направления, зеркальную отклоняющую призму с приводом и блоком управления приводом, соответствующие входы которого соединены с выходами блока измерения пройденного расстояния и фотоэлектрической следящей системы шелевой диафрагмы, матриду ь с фотоэлементами, подключенную к входу измерительного блока, выход которого подключен к первому входу управляющего блока, дополнительно снабжена усилителем с регулируемым коэффици= ентом усиления, задатчиком, блоком памяти, двумя блоками сравнения и блоком вычисления второй координаты оси щита, выполненным в виде двух интеграторов и двух сумматоров, при этом первый вход. первого сумматора соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока и первым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого интегратора, первому входу второго интегратора н второму входу управляющего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первого интегратора, выход управляющего блока соединен с первым входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, соответствуюшие входы которого подключены к выходам задатчика и второго блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого, а также вход задатчика и второй вход второго блока сравнения подключен к выходу измерительного блока.

На чертеже представлена блок-схема системы управления движением проходческого шита.

Система состоит из оптического задатчика направления 1 (лазера), зеркальной отклоняюшей призмы 2, которая может поворачиваться вокруг своей вертикальной оси приводом с блоком 3 управления приводом.

Угол поворота луча измеряется фотоэлектрической следящей системой шелевой диафрагмы 4, снабженной матрицей 5 с фотсэлементами, установленной между зеркальной призмой отклоняющей 2 и проходческим шитом и связанной с блоком 6 усилителей, с электродвигателем 7, с винтовой передачей 8 и датчиком 9 перемещений, который соединен с блоком 3 управления приводом и установлен как и все перечисленные элементы на обделке тоннеля.

Для измерения величины отклонения контролируемой точки от заданного направления 6 служит матрица с фотоэлементами 10, соединенная с измерительным блоком 11.

Вторая координата оси щита (например, курсовой угол) определяется блоком 12 вычисления второй координаты оси щита, который состоит из первого интегратора 13, выход которого подключен к входу первого сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока 11, а выход связан с входами первого интегратора 13 и второго интегратора 15. Выход второго интегратора 15 соединен с входом второго сумматора 16, выход которого связан с входами интеграторов 13 и сумматора 17 управляющего блока 18, содержащего дифференцируюший элемент 19, формирователь модуля 20, сумматор 21. входы которого соединены с выходом сумматора 17. Второй вход . сумматора 21 подключен к выходу блока 22 умножения, входы которого свя-. заны с выходами формирователя модуля 20 и дифференцирующего элемента 19.

Угол поворота зеркальной призмы 2 зависит от величины сигнала на выходе бло073455

20

U= X++1Х *

55 ка 23, измерения пройденного расстояния, содержащего индуктивный датчик 24, подвижная катушка которого связана со штоком механизма 25 перемещения с приводом 26 посредством электромагнитного механизма 27 расцепления, вход которого связан с выходом датчика 28 начала движения и соединяющего жестко подвижную катушку-индуктивного датчика 24 и механизмом 25 перемещения только на время движения щита, что исключает накапливание ошибки за счет холостого хода и деформации обделки тоннеля. Кроме того, блок 23 включает выпрямитель 29 и реле 30, соединенное через счетчик 31 с сумматором 32 пройденного расстояния.

Для того, чтобы учесть изменяющиеся -в процессе движения щита внешние воздействия, выход измерительного блока 11 соединен с входами задатчика 33, блока памяти 34 и второго элемента сравнения 35, второй вход которого соединен с выходом блока памяти 34, а выход связан с входом первого блока сравнения 36, второй вход которого подключен к выходу задатчика 33. Выход блока сравнения 36 связан с входом усилителя 37 с регулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом сумматора 21, а выход — с входом блока 38 реле.

Предлагаемая система работает следующим образом.

С помощью луча лазера 1 задается нужное направление движения. Луч, проходя через зеркальную отклоняющую призму 2 и отверстие в матрице 5 щелевой диафрагмы 4, поступает на матрицу с фотоэлементами 10, которая совместно с измерительным блоком 11 осуществляет измерение отклонения контролируемой точки. Блоком 12 вычисления второй координаты оси щита производится определение курсового угла на основании сигналов, поступающих с измерительного блока 11 и усилителя 37.

Алгоритм работы блока 12 вычисления второй координаты оси щита имеет следующий вид: где 6(— курсовой угол продольной оси щита с осью выработки;

-отклонение контролируемой точки; ои -угловая скорость поворота щита; управляющий сигнал;

Я Я вЂ” постоянные коэффициенты, определяемые параметрами объекта управления.

Согласно алгоритму работы блока 12 вычисления второй координаты оси щита на входе интегратора 13 происходит суммирование сигналов, пропорциональных управляющему сигналу I!, угловой скорости М) и углусх. На выходе интегратора 13 появляется сигнал, пропорциональный угловой скбрости поворотаю. Однако в процессе работы щита, его параметры могут меняться.

Поэтому координаты щ и + будут вычисляться с ошибкой. Для того, чтобы исключить влияние изменения параметров щита на точность вычисления ю и х, на вход сумматоров 14 и 16 подается сигнал, пропорциональный У, велйчина которого также зави сит от параметров щита. Таким образом, происходит корректировка сигналов a) и <к в соответствии с изменяющимися параметрами щита.

На входе интегратора 15 происходит суммирование сигналов, пропорциональных э и с . После интегрирования сигнал, пропорциональный м суммируется с сигналом, пропорциональным Y на сумматоре 16. Этим осуществляется корректировка сигнала, пропорциональногG d. согласно описанному выше.

Так, на основании управляющего сигHdла Г и сигнала, пропорционального У, происходит вычисление второй координаты оси щита, т.е. угла с(.

Все описанное выше относится к вычислению координат щита в плане. Аналогично происходит вычисление блоком 12 второй координаты оси щита в профиле, т.е. угла между продольной осью щита и проектным направлением.Вторая координата оси щита используется для формирования управляющего сигнала.

Сигнал управления формируется управляющим блоком 18 на основании сигналов с измерительного блока 11 и блока 12 вычисления второй координаты оси щита. В управляющем блоке 18 происходит дифференцирование суммарного сигнала дифференцирующим элементом 19, определение его модуля формирователем 20, перемножение модуля и производной блоком 22 умножения и сложение с суммарным сигналом на сумматоре 21. После этого сигнал усиленный усилителем 37 поступает на блок 38 реле, который производит включение гндродомкратов перемещения. Алгоритм управления имеет вид где х — — суммарный сигнал отклонения на выходе сумматора 17.

В процессе движения щита может произойти увеличение крепости горных пород.

Вследствие этого отклонение щита от заданного направления будет уменьшаться незначительно, или не уменьшится совсем, так как величина момента, создаваемого гидродомкратами щита, недостаточна для преодоления сил сопротивления, зависящих от свойств горных пород. В свою очередь

l 073455 момент, создаваем ый гидродомкрата ми щита, зависит От ве,.«чинь, управляк>щего с3!г«ал;;, величина которого определяется ясли l!l l()H суммарпог() отклонения х и коэф5 !!«(ц«с«()м усиления усилителя 37. Следоватс,.)ьно, если величина момента гидродомкратов пер Mpl«PHHÿ едостаточ«а для уменьшения отклонения шита от проектного направления, необходимо увеличить величину управляющего сигнала путем увеличения коэффициента усиления усилителя 37. Изменение коэффициента усиления усилителя 37 происходит под действием сигнала с выхода блока сравнения 36.

Об изменении крепости горных пород можно судить по величине скорости V,движения щита к проектному направлению.

Сравнение сигналов, пропорциональных дей ствительной и заданной скорости движения щита к проектному направлению, происходит в блоке сравнения 36, выходной сигнал которого изменяет коэффициент усиления усилителя 37. Формирование сигнала, пропорционального заданной скорости, производится задатчиком 33.

Алгоритм работы задатчика 33 имеет вид

3 == K(X, 25 где V — заданная скорость движения щита к проектному. направлению;

К, — постоянный коэффициент, зависящий от свойств горных пород.

Из алгоритма видно, что чем большс огклонение щита ог заданного направле«ия, тем больше должна быть скорость его движения к проектному направлению.

Сигнал, пропорциональный действительной скорости, формируется с помощьк) блоков 34 и 35, следующим образом. В блоке памяти 34 «роисходит запоминание

35 величины отклоне>и(й контролируемой точки в конце предыдущего продвига. Далее, «а блоке 35 происходит сравнение сигнала, пропорционального величине отклонения в ко«це текущего продвига, и сигнала с выхода 4п блока 34. Сигнал на выходе блока срав«ения 35 пропорционален действительно с«орости движения щита, так как скорость движения щита вдоль проектного направления практически постоя«на, следовательно ностоянным можно считать и время одного прод,— 4 вига. Содержание блока памяти 34 меняется в конце каждого продвига.

Задание направления движения производится лучом лазера. Определение положения щита относительно проектного направ. ления производится с помощью матрицы

5G с фотоэлементами !О с измерительным блоком !1 и блока !2 вычисления второй координаты оси щита (угла к между продольной осью щита и проектным направлением). На основании сигналов отклонения контролируемой точки Y и угла сс производится формирование суммарного сигнала отклонения Х. Управление направлением движения щита производится с помо(цью гидродомкратов перемещения, создающих момент, пропорциональ«ый управляющему сигналу. Управляющий сигнал формируется согласно алгоритму по суммарному сигналу отклонения Х. Величина управляющего сигнала может изменяться усилителем 37, коэффициент усиления которого зависит от разности действительной и заданной скоростей движс«ия )цита к проектному направлению. Измене«ис действительной скорости, в свою очередь, определяется изменением свойств горных пород.

Поворот луча осуществлястся призмой 2 при движении на криволинейных участках тоннеля в функции пройденного щитом пути.

Сигнал с и«дуктивного датчика 24, пропорциональный величине перемещения щита, поступаст на выпрямитель 29 и реле 30, которое срабатывает lip« перемещении щита па 1 м. Счет гик 3! отсчитывает в метрах расстояние, пройде«ное щитом, которое в сумматоре 32 складывается с расстоянием в мм (см1, поступающим с датчика через выпрямитель 29. 1!)ким образом, с требуемой точностью опрсделяется расстояние, «ройдснное щитом.

При повороте луча зеркальной отклоняющей призмой 2 посредством электродвигателя 7 и винтовой передачи 8 перемещается матрица 5 с фотоэлементами. Датчик 9 перемещений, изменяя перемещение матрицы 5, измеряет угол поворота луча. Сигнал с датчика 9 перемещений сравнивается с сигналом индуктивного измерителя расстояния 23 в блоке 3 управления II!>I. I>oäoì и производит Г)оворот зерка;)ь«ок llpll:>мы.

Применение прсдлага(мо! О устройства позволяет, учитывая изме«е«ие в«е!«них условий, IIoBblc«Tb точность >1 llpn B, I(. .I!HH, д бл агодаря применению блока 12 вычисле«ия второй координаты оси щита отпадает необ

Her)0.nhnoI3n«HH втор»й MinTpHцы с фотоэлементами, что, в свою очередь, упроцгает конструкцию системы и позволяет применять ее на таких щитах, где уста«овка двух матриц с фотоэлементами невозможна.

1073455

Составитель И. Назаркина

Редактор М. Товтнн Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 11779/32 Тираж 554 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4