Система управления движением проходческого щита

союз советскихсоциАлистическиРЕСПУБЛИК 1073455 21 С 35,(50 Р ю ф)1 Щфф ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Бйо.(лЬИмА,ПЬСТ(71) НовочеркасскийКрасного Знамени полтут)к ордена Грудового технический ицстиетельство СССР35/24, 1974.сльство СССР35/24, 1979 (прот ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИ(54) (57) СИСТЕ)ЧА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО Щ(ПА, содержащая оптический задатчик направления, зеркальную отклоцякнцук) 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 регулируемым коэффициентом усиления, задатчцком, 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 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 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 соедицсц 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 сравне- ьай нпя подключены к вьходу измерительного блока.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 отклоняюшую 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, управляюший блок, фотоэлектрическую следящую систему шелевой диафрагмы с датчиком перемешений, установленную между зеркальной отклоняющей призмой н матрицей с фотоэлементами 12.Указанная система не обеспечивает требуемой точности управления, так как не учитывает изменение внешних условий.Кроме того, система не может быть использована на шитах 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, матрицу 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 управляюшего блока, а второй вход подключен к выходу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом первого интегратора, выход управляющегоблока 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 дифференцируюшего элемента 19.Угол поворота зеркальной призмы 2 зависит от величины сигнала на выходе бло073455 10 20 25 35 40 45 и-Х 1 х 1 50 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 шита 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 шита производится определение курсового угла на основании сигналов, поступающих с измерительного блока 11 и усилителя 37.Алгоритм работы блока 12 вычисления второй координаты оси шита имеет следующий вид:= 1 У +К,Ф+1 з+ )ЫКУ + К(А + Ка+КУ где о( - курсовой угол продольной осишита с осью выработки;К -отклонение контролируемой точки; се -угловая скорость поворота щита;управляющий сигнал;11 - постоянные коэффициенты, определяемые параметрами объекта управления.Согласно алгоритму работы блока 12 вычисления второй координаты оси шита на входе интегратора 13 происходит суммирование сигналов, пропорциональных управляющему сигналу 1), угловой скорости Ю и углусх. На выходе интегратора 13 появляется сигнал, пропорциональный угловой скбрости поворотаю. Однако в процессе работы щита, его параметры могут меняться.5Поэтому координаты(ю и А 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 Ъ, велйчина которого также зави сит от параметров щита. Таким образом, происходит корректировка сигналов Ж и к в соответствии с изменяющимися параметрами щита.На входе интегратора 15 происходит сум мирование сигналов, пропорциональных э иПосле интегрирования сигнал, пропорциональный ю суммируется с сигналом, пропорциональным У на сумматоре 16. Этим осуществляется корректировка сигнала, пропорционального к согласно описанному выше.Так, на основании управляющего сигнала 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 цита в профиле, т.е. угла между продольной осью ш,ита 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 очередьмомент, создаваем ый гидроломкрата ми щита, зависит от величины управлякщего сгнала, величина которого определяется всличцсй суммарцог отклонения х и коэф 5 цццсцгм усиления усилителя 37. Следоватс,ьцо, если Величина момента гидроломкратов перемецсения елостаточца для уменьшения отклонения шита от проектного направления, необходимо увеличить величину управляющего сигнала путем увеличения коэффициента усиления усилителя 37. Изме- О нение коэффициента усиления усилителя 37 происходит под действием сигнала с выхода блока сравнения 36.Об изменении крепости горных пород можно судить по величине скорости Ч движения щита к проектному направлению.Сравнение сигналов, пропорциональных действительной и заданной скорости движения щита к проектному направлению, происходит в блоке сравнения 36, выходной сигнал которого изменяет коэффициент усиления усилителя 37. Формирование сигнала, пропорционального задаццой скорости, производится задатчиком 33.Алгоритм работы задатчика 33 имеет вид= КХ, 25где У - заданная скорость движения шита кпроектному направлению;К, - постоянный коэффициент, зависящийот свсйств горных пород,Из алгоритма видно, что чем большс отклонение щита ог заданного направления,тем больше должна быть скорость его движения к проектному направлению.Сигнал, пропорциональный действи 1 ельной скорости, формируется с цомощькблоков 34 ц 35, следусошим образом, Вблоке памяти 34 происходит запоминание35величины отклонесй контролируемой точкив конце преЛыдущего продвига. Далее, цаблоке 35 происходит сравнение сигнала, прпорциональцого величине отклонения в конце текущего продвига, и сигнала с выхода 40блока 34. Сигнал ца выходе блока сравцеция 35 пропорционален действительно скорости движения щита, так как скорость движения щита вдоль проектного направленияпрактически постоянна, следовательно ностоянным можно считать и время одного продвига, 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 матрицы50 с фотоэлементами 10 с измерительным блоком1 и блока 12 вычисления второй координаты оси сцита (угла к между продольной осью щита и проектным направлением). На основании сигналов отклонения контролируемой точки т и угла хпроизводится формирование суммарного сигнала отклонения Х. Управление направлением движения щита производится с помоцью гилродомкрдтов перемещения, создающих момент, пропорциональный 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 лвижсция щита к проектному направлению. Изменение 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 индуктивного датчика 24, прогюрциоцальцый величине перемещения щита, поступает нг выпрямитель 29 и реле 30, которое срабатывает цри перемещении шита ца 1 м. Счетчик 3 отсчитывает в метрах расстояние, пройденное щитом, которое в сумматоре 32 складывается с расстоянием в мм (см 1, поступающим с датчика через выпрямитель 29. яким образом, с требуемой хицсстьо оцрсделяется расстояние, пройденное щитом,При повороте луча зеркальной отклоняющей призмой 2 посредством электродвигателя 7 и винтовой передачи 8 перемещается матрица 5 с фотоэлементами. Датчик Э перемещений, изменяя перемещение матрицы 5, измеряет угол цовортд луча. Сигнал с датчика 9 перемещений сравнивается с сигналом индуктивного измерителя расстояния 23 в блике 3 управления црволом и производит поворот зеркальной нрцзмы.Применение црсллагдс мо устройства цозвляет, у читы Вдя сзхеецсе Вцеццих условий, цВысить точность у црдв,ения, д благодаря применению блока2 Вычисления второй координаты оси щита отпадает необ ходимость В использовании врой дтрицы с фотэлементами, что, в свою очередь, упрощает конструкцию системы и позволяет применять ее на таких щитах, где устацовка двух матриц с фотоэлементами невозможна.ктор А Зимокосо сное 4/5тная,едактор М. Товтииаказ 11779/32ВНИИПпо113035, Мфилиал ППП Составитель И. Назаркина Техред И. Верес Ко Тираж 554 По Государственного комитетаССС елам изобретений и открытий сква, Ж - 35, Раушская наб., д Патент, г. Ужгород, ул. Проек