本发明涉及一种连采机快速准直控制系统，特别涉及一种三轴光纤陀螺仪、三轴加速度计和里程计组合的捷联式惯性导航系统应用于露天煤矿连采机快速准直控制系统。
背景技术：
露天煤场在进行挖掘工作时，为保证施工及山体安全，国家法规要求每个矿道间有一定间隔来用于支撑山体。所以在挖进作业时，为防止坑道之间相互挖穿而导致的安全问题，因此最大化保证每条矿道的直线度是实现安全生产的最主要的指标。
连采机坑道直线度检测技术主要分为两种，传统方法一般使用激光准直仪进行矿道的对直校验。此方法对工作环境的要求较高，对于采煤过程中，连采机本身强烈的抖动和矿道中大量的粉尘都对激光准直造成巨大的影响，激光准直法只能在矿道口的四、五米起到比较好的对直效果。因此传统方法在实际应用中存在非常大的局限性。另一种方法是基于导航系统定位，此方法可以克服矿道中复杂工作环境的影响，实现连采机直线掘进。但目前比较流行的gps在矿道中工作时无法正常接受和发送信号，导致基于gps导航系统的对直方法存在缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种连采机快速准直控制系统。该系统是基于惯性导航系统和里程计组合而成的连采机快速准直控制系统，连采机从工作面煤层的起始点开始向前掘进时，通过安装于连采机上的惯性导航系统和里程计测量此时连采机的位置和姿态信息以及速度信息，通过光纤通信的方式传输给下位机，经过下位机的运算处理实时的反映出高精度的连采机运动和姿态信息，上位机实时判断连采机运动轨迹的直线度，并实时控制连采机运动方向。惯性导航系统中的三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计直接采集连采机在惯性空间的转动角速度和线性加速度信息，通过光纤通信的方式传输给下位机，下位机计算机系统的运算得到连采机的运动速度、航线、姿态和位置信息，实时传输给上位机；利用安装于轨道连采机行走部的里程计测量其行走速度与距离信息，通过光纤通信方式向下位机反馈此时连采机的速度与距离信息，通过下位机的运算处理得到连采机的速度信息，实时传输给上位机；上位机通过改进型卡尔曼快速滤波程序对惯性导航系统测得运动速度、航线、姿态和位置信息和里程计测得的速度与距离信息进行融合，以提高系统测量的精度和稳定性；再以航位角推算原理上位机解析出连采机实时位置和姿态信息，根据实时位置和姿态信息对轨道连采机掘进方向进行实时修正，以保证连采机按照既定直线掘进。
为了实现本发明的目的，我们将采用如下技术方案予以实施。
一种连采机快速准直控制系统，包括连采机，连采机在露天煤矿的煤层工作面进行采煤作业，其特征在于：还包括光缆、上位机、以太网、下位机、信号交换机以及若干个传感器，所述的若干个传感器和下位机均安装于连采机上,所述的若干个传感器采用总线型结构连接，所述的下位机的数据采集接口与所述的总线连接，下位机的通信接口与信号交换机连接，信号交换机通过光缆与采煤巷道口外的以太网连接，以太网连接上位机。
进一步，所述的光缆容集于高压电缆内。
更进一步，所述的高压电缆在采煤巷道内分段设置于连采机及其后续接的每一节采煤辅助设备车上，分段设置的高压电缆之间通过高压电缆连接器连接。
更进一步，所述的高压电缆内还容集有高压接地电缆以及低压电缆，用于给连采机提供电力支持。
进一步，还包括spt-k控制器，spt-k控制器包括手动spt-k控制器和遥控spt-k控制器，所述的手动spt-k控制器通过数据连接线与下位机的通信接口连接；所述的遥控spt-k控制器通过无线连接方式与下位机进行通信联系。
进一步，所述的若干个传感器包括：三轴光纤陀螺仪、三轴加速度计、里程计，其中：
所述的三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计安装于连采机的顶部；
所述的里程计安装于连采机的行走部。
更进一步，所述的三轴光纤陀螺仪通过数据连接线向下位机传输绕连采机坐标系下三个坐标轴的角速度信号；
所述的三轴加速度计通过数据连接线向下位机传输沿连采机坐标系下三个坐标轴的加速度信号；
所述的里程计通过数据连接线向下位机传输连采机坐标系下位移信号。
进一步，所述的下位机为plc控制系统，plc控制系统包括pid控制器，plc控制系统采集所述的绕连采机坐标系下三个坐标轴的角速度信号、沿连采机坐标系下三个坐标轴的加速度信号和连采机坐标系下位移信号，经plc控制系统运算处理转化为plc控制系统可识别的数字量后，plc控制系统根据给定的连采机运动轨迹与反馈回来的运动轨迹进行比较，并经过pid控制器运算处理后，给连采机发送控制信号控制连采机运动方向。
进一步，所述的上位机是plc控制系统的编程设备，该设备是使用安装了组态软件的计算机，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，能实现不同编程语言之间的相互转换；程序被编译后下载到plc控制系统，也能将plc控制系统中的程序上传到计算机；数据能存盘或打印，通过网络，能实现远程编程；组态软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断功能。
有益效果
本发明所述的一种连采机快速准直控制系统结构简单、实用性强、精度高，克服了激光准直方法在实际应用中存在的局限性；克服了gps导航系统准直方法受矿道中复杂工作环境的影响，实现连采机直线掘进；本应用带来的好处在于系统测量结果精确，结构简单，为技术人员提供高精度的连采机运动轨迹信息，并且能够根据实时直线度情况指导工作人员修正连采机的工作方向。
附图说明
图1为本发明所述的系统的结构示意图。
图2为三轴光纤陀螺仪、三轴加速度计和里程计安装示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1所示，本发明所述的一种连采机快速准直控制系统的结构如下所述：
一种连采机快速准直控制系统，包括连采机1，连采机1在露天煤矿的煤层工作面进行采煤作业，该系统还包括光缆2、上位机3、以太网4、下位机5、信号交换机6以及若干个传感器7，所述的若干个传感器7和下位机5均安装于连采机1上,所述的若干个传感器7采用总线型结构连接，所述的下位机5的数据采集接口与所述的总线连接，下位机5的通信接口与信号交换机6连接，信号交换机6通过光缆2与采煤巷道口外的以太网4连接，以太网4连接上位机3。
实施例1
如图1所示，所述的光缆2容集于高压电缆8内，减少了采煤巷道内电缆的数量。
实施例2
如图1所示,所述的高压电缆8在采煤巷道内分段设置于连采机1及其后续接的每一节采煤辅助设备车上，分段设置的高压电缆8之间通过高压电缆连接器连接。采用随着辅助设备车续接而续接电缆，减少了采煤巷道内电缆的堆积，减少了电缆卷盘设备。
实施例3
如图1所示,所述的高压电缆8内还容集有高压接地电缆以及低压电缆，用于给连采机提供电力支持。将连采机的通信电缆、光缆、电力电缆容集在一起，减少了辅助设备车的使用，比如电缆支架车的使用，减少了巷道内拥堵情况的发生。
实施例4
如图1所示，该系统还包括spt-k控制器，spt-k控制器包括手动spt-k控制器和遥控spt-k控制器，所述的手动spt-k控制器通过数据连接线与下位机5的通信接口连接；所述的遥控spt-k控制器通过无线连接方式与下位机5的通信处理器进行通信。在出现故障时，连采机在手动或遥控操纵下，进行移动。
实施例5
如图2所示，所述的若干个传感器7包括：三轴光纤陀螺仪7-1、三轴加速度计7-2、里程计7-3，其中：
所述的三轴光纤陀螺仪7-1和三轴加速度计7-2安装于连采机1的顶部；
所述的里程计7-3安装于连采机1的行走部。
实施例6
如图1或2所示，所述的三轴光纤陀螺仪7-1通过数据连接线向下位机5传输绕连采机坐标系下三个坐标轴的角速度信号；
所述的三轴加速度计7-2通过数据连接线向下位机5传输沿连采机坐标系下三个坐标轴的加速度信号；
所述的里程计7-3通过数据连接线向下位机5传输连采机坐标系下位移信号。
实施例7
如图1所示，所述的下位机5为plc控制系统，plc控制系统包括pid控制器，plc控制系统采集所述的绕连采机1坐标系下三个坐标轴的角速度信号、沿连采机1坐标系下三个坐标轴的加速度信号和连采机1坐标系下位移信号，经plc控制系统运算处理转化为plc控制系统可识别的数字量后，plc控制系统根据既定的连采机1运动轨迹与反馈回来的运动轨迹进行比较，并经过pid控制器运算处理后，给连采机1发送控制信号控制连采机1运动方向。
实施例8
如图1所示，所述的上位机3是下位机5的编程设备，该编程设备为安装使用了组态软件的计算机，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，能实现不同编程语言之间的相互转换；程序被编译后下载到plc控制系统，也能将plc控制系统中的程序上传到计算机；程序和数据能存盘或打印，通过网络，能实现远程编程；编程软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断功能。