摘要
煤矿智能化进程正在加速，钻锚机器人作为巷道掘进工艺中主要的支护装备，其锚固效果将直接影响巷道的支护质量。目前，锚杆钻机作为钻锚机器人的关键部件，其通过液压马达提供回转扭矩，通过液压缸提供推进力，由人工操作实现锚固作业，但在多种围岩性状下难以及时调整工作状态，易导致设备故障和断杆事故。为提高锚杆钻机的钻孔效率，避免危险事故的发生，本文采用交叉耦合控制策略研究液压锚杆钻机在多种围岩下钻进参数的控制特性，保证锚杆钻机回转与推进的协同作业，有利于锚杆钻机在多种围岩下的正常工作。具体研究内容如下: 1)在分析液压锚杆钻机破岩机理的基础上，根据设计要求和施工工艺，分别对锚杆钻机各子系统的液压系统及其关键部件进行设计计算，从而确定阀控液压设备的元件参数。 2)由于流经阀口的流量具有非线性，因此，利用AMESim软件分别建立液压锚杆钻机的回转系统和推进系统的非线性模型进行分析;同时利用Simulink建立这两系统的线性化模型。对比仿真结果，分析非线性因素对钻进参数地影响，同时分析锚杆钻机在多种围岩下地工作状态。 3)针对具有非线性的回转系统和推进系统，分别设计PID控制、反演控制和滑模控制策略来研究各系统的控制性能。利用AMESim软件建立锚杆钻机的仿真硬件，通过Simulink(搭建控制算法，并在锚杆钻机的负载端添加不同围岩所具有的负载阻力，分析各系统在变负载下的动态响应，仿真表明，锚杆钻机的各系统均具有可控性。 4)由于锚杆钻机在工作时需要回转系统与推进系统的同步运行，才能保证锚固质量和效率，因此，本文提出基于交叉耦合同步方式的回转推进协同控制策略。通过现有的随钻检测系统预估围岩性状，并据此计算出最优转速和最优钻速，结合交叉耦合协同控制策略设计锚杆钻机的协同控制器，研究其协同控制性能。通过联合仿真平台进一步验证协同控制算法的有效性。
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