【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法。
技术介绍
1、长壁综采工作面是最高效的煤炭地下开采方法。综采工作面是由滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机、破碎机、桥式转载机、带式输送机等十几种、300多台设备构成的机械装备和煤岩交互的复杂系统。为了提高生产效率，减轻矿工的工作强度，自动化、智能化开采已成为世界煤炭开采行业共同追求的目标。
2、智能化综采工作面生产过程以综采机械装备为基础，通过集成先进的传感技术，实现采煤机可靠割煤与装煤，同时保持工作面几何关系与顶板可靠支护。因此，智能化综采工作面无论采取何种原理方法和技术路径，其目标都是自主完成综采工作面可靠割煤、保持工作面几何关系、顶板可靠支护。可靠割煤主要是指控制工作面开采装备始终在煤层中自适应截割；保持工作面几何关系是指工作面开采装备在连续推进过程中始终保持一定的直线度；顶板可靠支护是指液压支架与围岩之间始终保持稳定的耦合作用关系。
3、葛世荣等提出智采工作面定义为一个在不同程度上无需人工干预而独立完成采煤作业的生产系统；指出智采工作面的基础是智能机器，特征是自主感控，功能是独立作业，目的是无人化开采；明确了智采工作面应具有自主感知、自主决策、自主控制、自主协同、自主交互等5个智能要素，并根据智能要素的水平差异将智采工作面划分为初级、中级和高级。谢嘉成等提出了一种基于数字孪生的综采工作面生产系统设计与运行模式，实现了对生产系统最优配置和装备协同安全高效开采的目的。张旭辉等提出了数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架，通过构建掘
4、以上研究给出了智能化综采工作面建设的一些方向，但针对于刮板机位置与姿态的模拟仿真尚未提出完善的解决方案。目前行业内依靠采煤机机身挂载惯导设备可以输出采煤机在当前时间点的位置与倾角等数据，以此推算出刮板的位置与倾角。
5、现有刮板仿真方法是利用惯导系统在每次采煤机经过相应刮板时，推算出刮板数据，更新当前刮板位置，此方法会导致刮板数据具有滞后性，不能体现工作面刮板机实时直线度，不能实时反映出实体工作面刮板推溜过程，从而降低仿真效果，影响生产决策。综采工作面环境恶劣、装备众多，一味地增加传感器对综采工作面状态感知和可靠运行作用有限，甚至可能降低可靠性、增加投入成本，因此在每个刮板机机身装惯导系统显然也不可取。而且，综采工作面数字孪生系统是通过三维建模与实时数据驱动来实现对真实综采工作面的仿真的一个系统。目前针对工作面支架、采煤机等设备的位置与姿态的仿真已经较为完善的方案，但针对于刮板的位置与角度的仿真尚未有一套较为成熟的方案。没有刮板位置与角度的仿真则不能完成对工作面推移过程等的仿真，此外还将存在采煤机位置的失真甚至三机穿模等问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法。
2、一种基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，包括：
3、获取与刮板机一一对应的工作面推移数据；
4、从端头数据开始剔除错误数据，数据被后用空数据代替；
5、利用样条插值法计算出合适的数据来取代空数据，从而形成新的刮板推移数据；
6、使用卡尔曼滤波算法将新刮板推移数据进行过滤；
7、输出过滤后的刮板推移数据，结合地形数据计算出刮板的三维坐标，根据每个刮板的三维坐标算出每个刮板的航向角，刮板三维坐标结合地形再得出其俯仰角和横滚角；
8、结合惯导数据校准每个刮板的三维坐标。
9、优选地，获取与刮板机一一对应的工作面推移数据之后，还按照面向煤壁从左到右的顺序排列。
10、优选地，从端头数据开始剔除错误数据，包括：
11、将推移数据看作刮板位置，对于第n个刮板，第n个刮板与第n-1个刮板的连线形成第一线段，第n-2个刮板与第n-1个刮板的连线形成第二线段，获取第一线段和第二线段的夹角，将所述夹角与预设刮板极限夹角阈值进行比较，若所述夹角超过所述预设刮板极限夹角阈值，则判定第n个刮板对应的推移数据不合理，则记录下第n个刮板对应的支架的编号，将第n个刮板对应的推移数据剔除。
12、优选地，样条插值法为二次样条插值或者三次样条插值法。
13、优选地，结合惯导数据校准每个刮板的三维坐标，包括：校准方式为当接收到某个刮板最近时间段的惯导数据时，将该时间段的推移数据与惯导数据对比，将误差纠正，并更新刮板的三维坐标、俯仰角、横滚角和航向角。
14、本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出一种工作面刮板机仿真解决方案，使用常规的支架的推移行程传感器与惯导系统数据，在不额外增加传感器的基础上对刮板机位置与姿态进行模拟仿真，真正实现工作面刮板机位置与倾角的还原，进一步提高无人开采模拟仿真可靠性。
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1.一种基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，获取与刮板机一一对应的工作面推移数据之后，还按照面向煤壁从左到右的顺序排列。
3.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，从端头数据开始剔除错误数据，包括：
4.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，样条插值法为二次样条插值或者三次样条插值法。
5.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，结合惯导数据校准每个刮板的三维坐标，包括：校准方式为当接收到某个刮板最近时间段的惯导数据时，将该时间段的推移数据与惯导数据对比，将误差纠正，并更新刮板的三维坐标、俯仰角、横滚角和航向角。
【技术特征摘要】
1.一种基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，获取与刮板机一一对应的工作面推移数据之后，还按照面向煤壁从左到右的顺序排列。
3.根据权利要求1所述的基于样条插值法的综采工作面数字系统孪生刮板仿真方法，其特征在于，从端头数据开始剔除错误数据，包括：
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张幸福，陈涛，张迎东，陈梦龙，赵逍逍，梁山林，许大业，
申请(专利权)人：郑州恒达智控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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