[發明專利]數字孿生智能綜采工作面液壓支架直線度監測方法

有效

• 申請號: 202010611428.5
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111723448B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張帆;李闖
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06N3/08;G06T17/00
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本發明公開了數字孿生智能綜采工作面液壓支架直線度監測方法，包含以下步驟：(1)建立智能綜采工作面液壓支架三維模型；(2)對液壓支架關鍵參數進行監測和降噪處理；(3)獲得實時同步的液壓支架數字孿生模型；(4)對不同曲度狀態下的液壓支架進行直線度仿真計算；(5)利用自適應深度學習網絡對液壓支架的直線度進行訓練。本發明利用液壓支架數字孿生模型對不同彎曲狀態下的液壓支架直線度進行擬合，實現液壓支架物理實體與數字孿生體之間數據的實時同步、迭代交互，所述方法利用液壓支架數字孿生模型的運行數據以及液壓支架間的坐標系轉換關系訓練自適應深度學習神經網絡，據此實現對液壓支架直線度的實時監測與精準調整。

技術領域

本發明屬于煤礦井下智能綜采裝備工作狀態監測技術領域，具體涉及一種數字孿生智能綜采工作面液壓支架直線度監測方法。

背景技術

液壓支架是機械化采煤工作面重要的支護設備。智能綜采工作面液壓支架若能排列成一條直線，就能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板、隔空采空區、防止矸石進入回采工作面和推進輸送機，實現礦井智能安全開采與支護。

目前，我國采煤工作面液壓支架的直線度一般多采用人工拉線或激光對準的方式進行控制，存在人工勞動強度大、效率低、精度差等問題。近些年，人們提出了希望數字虛體空間中的虛擬事物與物理實體空間中的實體事物之間具有可以聯接通道、可以相互傳輸數據和指令的交互關系之后，數字孿生的概念就成形了。將數字孿生技術應用在生產裝備生產之前，就可以通過虛擬生產的方式來模擬在不同產品、不同參數、不同外部條件下的生產過程，實現對產能、效率以及可能出現的技術瓶頸等問題進行提前預警或誤差修正，從而提高產品質量和設備可靠性。本發明將數字孿生應用于智能綜采工作面液壓支架直線度監測，能夠實時同步地表征智能綜采工作面液壓支架的運動狀態和運行指標，能夠通過虛擬模型與物理實體之間的交互反饋，對虛擬模型進行實時更新，并通過實時更新的模型對綜采工作面液壓支架的直線度進行分析和調整，及時消除智能綜采工作面液壓支架移架作業出現直線度偏差較大等問題，克服現有方法對綜采工作面液壓支架直線度監測精準度方面的不足。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于數字孿生的智能綜采工作面液壓支架直線度監測方法，解決現有方法對液壓支架直線度的監測精準度不足，造成監測結果失準的問題。

本發明采用的技術方案是：發明一種基于數字孿生的智能綜采工作面液壓支架直線度監測方法，該方法利用智能綜采工作面液壓支架數字孿生模型的運行數據以及液壓支架間的坐標系轉換關系訓練自適應深度學習神經網絡，據此實現對所述液壓支架直線度的監測與調整，包括以下步驟：

步驟1，通過現場測量獲得智能綜采工作面液壓支架的幾何參數、結構參數、材料參數以及物理作用關系，利用CAE建模軟件以及三維掃描設備，建立智能綜采工作面液壓支架三維模型；

步驟2，對智能綜采工作面液壓支架的幾何參數、結構參數、姿態參數進行監測和降噪處理，并對物理實體與三維模型之間數據不斷迭代、同步更新和交互映射，從而獲得實時同步的智能綜采工作面液壓支架數字孿生模型；

步驟3，對智能綜采工作面液壓支架在不同彎曲狀態進行直線度仿真計算，根據液壓支架間的坐標轉換關系，得到液壓支架達到直線狀態時各液壓支架的移架距離和旋轉角度；

步驟4，將智能綜采工作面液壓支架直線度仿真計算的數據導入到自適應深度學習網絡中，并對液壓支架的直線度進行擬合修正。

所述智能綜采工作面液壓支架三維模型的建立過程包含以下步驟：

步驟1，現場測量獲得液壓支架的幾何參數、結構參數、材料參數以及物理作用關系；

步驟2，利用CAE建模軟件UG和激光掃描法對綜采工作面液壓支架進行1：1建模，并對所述液壓支架各設備運動關鍵點進行標記，保證物理實體與虛擬模型的一致性和完整性；