一种截割控制方法、系统、电子设备及存储介质与流程

1.本技术涉及自动控制技术领域，特别涉及一种截割控制方法、系统、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.掘进机在掘进工作中环境恶劣，粉尘大，瓦斯浓度高。传统的手动掘进方式下操作人员掘进效率低、劳动强度大、自动化水平低、危险程度高。长期以来，掘进机的掘进效率问题一直是行业关注的重点。在半煤岩巷道，截割头在截割到较硬岩石时，会出现截割电流突然增加，截齿磨损严重等现象，严重降低机械系统的可靠性。
3.因此，如何提高掘进机的截割性能是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种截割控制方法、一种截割控制系统、一种电子设备及一种存储介质，能够掘进机的截割性能。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种截割控制方法，应用于掘进机，所述掘进机包括截割臂、截割头和截割电机，所述截割电机用于驱动所述截割头转动，所述截割控制方法包括：
6.接收截割指令，并按照所述截割指令执行截割操作；
7.获取所述掘进机在执行截割操作过程中的截割头位姿和/或负载信息；
8.根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。
9.可选的，根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，包括：
10.对所述截割头位姿和/或所述负载信息进行基于闭环控制的计算，得到所述目标截割速度；其中，所述闭环控制包括截割电流闭环控制和/或位置闭环控制。
11.可选的，控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作，包括：
12.通过比例阀闭环控制策略控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作；
13.其中，所述比例阀闭环控制策略，用于根据比例阀反馈电流进行位置式pid调试，以便控制所述截割臂按照所述目标截割速度运动。
14.可选的，若所述闭环控制包括截割电流闭环控制，则根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，包括：
15.根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；
16.若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到所述目标截割速度。
17.可选的，若所述闭环控制包括位置闭环控制，则根据所述截割头位姿和/或所述负
载信息确定目标截割速度，包括：
18.根据所述截割头位姿确定截割头位置；
19.若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定所述目标截割速度。
20.可选的，若所述闭环控制包括截割电流闭环控制和位置闭环控制，则根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，包括：
21.根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；
22.若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到第一备选截割速度；
23.根据所述截割头位姿确定截割头位置；
24.若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定第二备选截割速度；
25.对所述第一备选截割速度和所述第二备选截割速度进行加权计算，得到目标截割速度。
26.可选的，按照所述截割指令执行截割操作，包括：
27.按照所述截割指令确定所述掘进机的截割高度上限、截割高度下限、截割深度上限和截割深度下限；
28.若所述截割头的高度小于所述截割高度上限，则控制所述截割头上升至所述截割高度上限；
29.若所述截割头的高度大于或等于所述截割高度上限、且所述截割头的截割深度小于所述截割深度上限，则控制所述截割头推进至截割深度上限；
30.若所述截割头的截割深度大于或等于所述大于或等于所述截割深度上限、且若所述截割头的高度大于所述截割高度上限，则控制所述截割头下移至所述截割高度下限；
31.若所述截割头的高度小于或等于所述截割高度下限、且若所述截割头的截割深度大于所述截割深度下限，则控制所述截割头缩回至所述截割深度下限。
32.本技术还提供了一种截割控制系统，应用于掘进机，所述掘进机包括截割臂、截割头和截割电机，所述截割电机用于驱动所述截割头转动，所述截割控制系统包括：
33.截割控制模块，用于接收截割指令，并按照所述截割指令执行截割操作；
34.信息获取模块，用于获取所述掘进机在执行截割操作过程中的截割头位姿和/或负载信息；
35.速度调整模块，用于根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。
36.本技术还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时实现上述截割控制方法执行的步骤。
37.本技术还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现上述截割控制方法执行的步骤。
38.本技术提供了一种截割控制方法，应用于掘进机，所述掘进机包括截割臂、截割头和截割电机，所述截割电机用于驱动所述截割头转动，所述截割控制方法包括：接收截割指令，并按照所述截割指令执行截割操作；获取所述掘进机在执行截割操作过程中的截割头位姿和/或负载信息；根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，控制所
述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。
39.本技术在接收到截割指令后按照截割指令执行截割操作，并在执行截割操作的过程中确定截割头位姿和/或负载信息，利用截割头位姿和/或负载信息确定目标截割速度，以便控制截割臂按照目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。上述方式能够根据截割操作过程的实际情况，动态调整截割臂的运动速度，可以提高掘进机的截割性能。本技术同时还提供了一种截割控制系统、一种存储介质和一种电子设备，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本技术实施例所提供的一种截割控制方法的流程图；
42.图2为本技术实施例所提供的一种掘锚机自适应截割控制系统结构示意图；
43.图3为本技术实施例所提供的一种大臂截割位置计算示意图；
44.图4为本技术实施例所提供的一种自动截割流程图；
45.图5为本技术实施例所提供的一种掘锚机截割保护控制策略示意图；
46.图6为本技术实施例所提供的一种掘锚机截割自适应截割控制策略示意图。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.下面请参见图1，图1为本技术实施例所提供的一种截割控制方法的流程图。
49.具体步骤可以包括：
50.s101：接收截割指令，并按照所述截割指令执行截割操作；
51.其中，本实施例可以应用于掘进机，所述掘进机包括截割臂、截割头和截割电机，所述截割电机用于驱动所述截割头转动，截割臂带动截割头运动。在接收到截割指令后，可以控制截割臂按照截割指令带动截割头运动、控制截割电机驱动截割头转动，以便完成截割操作。
52.s102：获取所述掘进机在执行截割操作过程中的截割头位姿和/或负载信息；
53.其中，在掘进机执行截割操作的故过程中可以采集当前的截割头位姿，以及当前的负载信息。截割头位姿用于描述截割头的位置和姿态，负载信息用于描述截割电机的当前电流值。
54.s103：根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。
55.其中，在得到截割头位姿和/或负载信息的基础上，根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，目标截割速度为截割臂带动截割头运动的速度。在确定目
标截割速度之后，可以控制截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作，以便实时调整截割操作的速度。
56.本实施例在接收到截割指令后按照截割指令执行截割操作，并在执行截割操作的过程中确定截割头位姿和/或负载信息，利用截割头位姿和/或负载信息确定目标截割速度，以便控制截割臂按照目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。上述方式能够根据截割操作过程的实际情况，动态调整截割臂的运动速度，可以提高掘进机的截割性能。
57.作为一种可行的实施方式，可以通过以下方式执行截割操作：
58.步骤a1：按照所述截割指令确定所述掘进机的截割高度上限、截割高度下限、截割深度上限和截割深度下限；
59.步骤a2：若所述截割头的高度小于所述截割高度上限，则控制所述截割头上升至所述截割高度上限；
60.步骤a3：若所述截割头的高度大于或等于所述截割高度上限、且所述截割头的截割深度小于所述截割深度上限，则控制所述截割头推进至截割深度上限；
61.步骤a4：若所述截割头的截割深度大于或等于所述大于或等于所述截割深度上限、且若所述截割头的高度大于所述截割高度上限，则控制所述截割头下移至所述截割高度下限；
62.步骤a5：若所述截割头的高度小于或等于所述截割高度下限、且若所述截割头的截割深度大于所述截割深度下限，则控制所述截割头缩回至所述截割深度下限。
63.上述截割头的高度和截割深度可以根据截割头位姿确定。通过上述方式可以实现自动截割，提高了掘进机的截割效率。
64.作为一种可行的实施方式，上述实施例可以通过以下方式确定目标截割速度：对所述截割头位姿和/或所述负载信息进行基于闭环控制的计算，得到所述目标截割速度；其中，所述闭环控制包括截割电流闭环控制和/或位置闭环控制。
65.若上述闭环控制包括截割电流闭环控制，则确定目标截割速度的操作过程包括：根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到所述目标截割速度。上述预设电流值可以根据截割电机额定电流值确定，例如预设电流值可以为额定电流值的1.1倍。
66.若上述闭环控制包括位置闭环控制，则确定目标截割速度的操作过程包括：根据所述截割头位姿确定截割头位置；若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定所述目标截割速度。本实施例可以以截割臂的不动端为中心，将距离不动端预设范围内的区域设置为减速区，若上述截割臂的位置的竖直方向投影落在减速区则判定截割头处于减速区，若上述截割臂的位置的竖直方向投影未落在减速区则判定截割臂不处于减速区。上述目标截割速度小于截割臂当前的截割速度，以使截割臂平稳运动。
67.若所述闭环控制包括截割电流闭环控制和位置闭环控制，则确定目标截割速度的操作过程包括：根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；
68.若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到第一备选截割速度；根据所述截割头位姿确定截割头位置；若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定第二备选截割速度；对所述第一备选截割速度和所述第二备选截割速度进行加权计算，得到目标截割速度。
69.在确定目标截割速度之后，可以通过通过比例阀闭环控制策略控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作；其中，所述比例阀闭环控制策略，用于根据比例阀反馈电流进行位置式pid调试，以便控制所述截割臂按照所述目标截割速度运动。
70.掘锚机是一种常见的掘进机，下面通过在实际应用中的掘锚机自适应截割控制说明上述实施例描述的流程。
71.掘锚机自适应截割控制系统使用电流互感器、电机综合保护器、位移传感器以及编码器作为系统的传感单元，控制器作为控制单元，大臂(即，截割臂)油缸作为系统的执行单元。在自动截割过程中根据负载变化以及截割当前位置，调整截割机构进刀与下拉速度，从而实现自适应截割。请参见图2，图2为本技术实施例所提供的一种掘锚机自适应截割控制系统结构示意图。如图2所示，传感单元包括电机综合保护器、电机电流传感器、油缸位移传感器和大臂编码器，控制单元可以根据截割头位置信息和截割负载信息进行plc控制，执行单元包括用于实现升降速度调节的升降电磁阀、以及用于实现伸缩速度调节的伸缩电磁阀。
72.本实施例可以根据编码器的测量数据计算出大臂截割高度(即截割头的高度)h；根据位移传感器的测量数据计算出截割深度l。请参见图3，图3为本技术实施例所提供的一种大臂截割位置计算示意图，s为大臂长度，a为大臂角度，截割高度h＝s*sin(a)。
73.请参见图4，图4为本技术实施例所提供的一种自动截割流程图，本实施例通过安装在大臂上的油缸位移传感器和编码器实时获取大臂截割位置实现全工序自动截割的方法，掘锚机的自动截割流程如下：
74.步骤b1：在掘锚机上位机设置页面设置截割高度上限hmax、截割高度下限hmin、截割深度上限lmax、截割深度下限lmin；
75.步骤b2：用遥控器顺序启动各个电机，启动运输和装载系统，启动除尘及喷雾系统，完成截割前的准备工作；
76.步骤b3：遥控器启动自动截割；
77.步骤b4：程序判断当前大臂高度h与截割高度上限hmax的关系，当h＜hmax时，截割头自动举升至截割高度上限，当h≥hmax时自动进入步骤b5；
78.步骤b5：程序判断当前截割深度l与截割深度上限lmax的关系，当l＜lmax时，截割头自动推进至截割深度上限lmax，当l≥lmax时自动进入步骤b6；
79.步骤b6：程序判断当前大臂高度h与截割高度下限hmin的关系，当h＞hmin时，截割头自动下降至截割高度下限，当h≤hmin时自动进入步骤b7；
80.步骤b7：程序判断当前截割深度l与截割深度下限lmin的关系，当l＞lmin时，截割头自动缩回至截割深度下限lmin，当l≤lmin时，循环结束。
81.上述过程通过安装在大臂上的油缸位移传感器和编码器实时获取大臂截割位置，控制截割头完成自动升刀、自动进刀、自动下割、自动拉底的全工序自动截割。
82.在自动截割过程中，根据获取的截割头姿态及负载情况，通过负载与速度闭环、电流给定与反馈闭环及位置闭环的方法自动调节截割速度，从而实现截割自适应调节。在自动截割过程中，通过负载与速度闭环、电流给定与反馈闭环及位置闭环实现截割自适应调节。
83.比例阀闭环控制的实现过程如下：
84.pid控制规律为：
[0085][0086]
其中，k
p
表示比例系数，ti表示积分时间常数，td表示微分时间常数，u(t)表示输出信号，e(t)表示当前偏差，t表示时间。
[0087]
离散化公式：
[0088][0089]
即：u(k)＝k
pek
+ki∑ek+kd(e
k-e
k-1
)；
[0090]
控制器获取电液比例阀反馈电流i。在大臂油缸动作过程中，控制器实时根据电液比例阀反馈电流i进行位置式pid调试，保证大臂动作的稳定性。
[0091]
截割电流闭环控制的实现过程如下：
[0092]
如果用u(k-1)表示上次的输出控制信号值，那么当前的输出值为u(k),这两者之间的关系为：
[0093]
u(k)＝u(k-1)+δu(k)，其中δu(k)为应该输出的增量值；
[0094]
上式变形得：
[0095]
δu(k)＝u(k)-u(k-1)；
[0096]
δu(k)＝k
p
(e
k-e
k-1
)+k
iek
+kd(e
k-2e
k-1
+e
k-2
)。
[0097]
已知电机的额定电流ie，通过电流互感器获取实时电流i。在推进过程中，当实际电流i＞1.1*ie时，此时进入截割保护状态进行增量式pid调节，根据负载实时电流进行牵引速度的调节，当i＜0.92*ie退出截割保护状态。请参见图5，图5为本技术实施例所提供的一种掘锚机截割保护控制策略示意图，负载判定后，若i＞1.1*ie则保护状态＝true，若i＜0.92*ie保护状态＝false。上述截割保护状态指截割电流闭环控制的实现流程。
[0098]
位置闭环控制的实现过程如下：
[0099]
已知编码器和位移传感器获取的大臂截割高度h和截割深度l，在目标位置一定范围内设置减速区，推进过程中当大臂进入设定的减速区时，通过速度与位置闭环，控制大臂平稳到达目标位置。
[0100]
请参见图6，图6为本技术实施例所提供的一种掘锚机截割自适应截割控制策略示意图，图中示出了设定位置、当前位置、pid控制、pi控制、比例阀、截割电机、电流反馈、电机电流，ie表示截割电机的额定电流，is表示截割电机的实际电流(即实时电流)。上述设定位置用于确定减速区，当前位置指截割头的位置。在截割过程中，根据获取的截割头姿态及负载情况，通过负载与速度闭环、电流给定与反馈闭环及位置闭环的方法自动调节截割速度，从而实现截割自适应调节。
[0101]
本实施例运用自动截割技术，可以实现截割全工序自动控制，有效的提高截割成巷效果和掘进效率。本实施例通过运用自适应截割系统，能够实现截割速度基于负载的自适应调节，降低驱动电机过负荷损坏的风险，提高截割机构及截齿的使用寿命。
[0102]
本技术实施例所提供的一种截割控制系统，应用于掘进机，所述掘进机包括截割臂、截割头和截割电机，所述截割电机用于驱动所述截割头转动，所述截割控制系统包括：
[0103]
截割控制模块，用于接收截割指令，并按照所述截割指令执行截割操作；
[0104]
信息获取模块，用于获取所述掘进机在执行截割操作过程中的截割头位姿和/或负载信息；
[0105]
速度调整模块，用于根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度，控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。
[0106]
本实施例在接收到截割指令后按照截割指令执行截割操作，并在执行截割操作的过程中确定截割头位姿和/或负载信息，利用截割头位姿和/或负载信息确定目标截割速度，以便控制截割臂按照目标截割速度带动所述截割头执行截割操作。上述方式能够根据截割操作过程的实际情况，动态调整截割臂的运动速度，可以提高掘进机的截割性能。
[0107]
进一步的，速度调整模块用于对所述截割头位姿和/或所述负载信息进行基于闭环控制的计算，得到所述目标截割速度；其中，所述闭环控制包括截割电流闭环控制和/或位置闭环控制。
[0108]
进一步的，速度调整模块控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作的过程包括：通过比例阀闭环控制策略控制所述截割臂按照所述目标截割速度带动所述截割头执行截割操作；其中，所述比例阀闭环控制策略，用于根据比例阀反馈电流进行位置式pid调试，以便控制所述截割臂按照所述目标截割速度运动。
[0109]
进一步的，若所述闭环控制包括截割电流闭环控制，则速度调整模块根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度的过程包括：根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到所述目标截割速度。
[0110]
进一步的，若所述闭环控制包括位置闭环控制，则速度调整模块根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度的过程包括：根据所述截割头位姿确定截割头位置；若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定所述目标截割速度。
[0111]
进一步的，若所述闭环控制包括截割电流闭环控制和位置闭环控制，则速度调整模块根据所述截割头位姿和/或所述负载信息确定目标截割速度的过程包括：根据所述负载信息确定所述截割电机的当前电流值；若所述当前电流值大于预设电流值，则根据所述当前电流值进行增量式pid调节，得到第一备选截割速度；根据所述截割头位姿确定截割头位置；若所述截割头处于减速区，根据截割头位置确定第二备选截割速度；对所述第一备选截割速度和所述第二备选截割速度进行加权计算，得到目标截割速度。
[0112]
进一步的，截割控制模块按照所述截割指令执行截割操作的过程包括：按照所述截割指令确定所述掘进机的截割高度上限、截割高度下限、截割深度上限和截割深度下限；若所述截割头的高度小于所述截割高度上限，则控制所述截割头上升至所述截割高度上限；若所述截割头的高度大于或等于所述截割高度上限、且所述截割头的截割深度小于所述截割深度上限，则控制所述截割头推进至截割深度上限；若所述截割头的截割深度大于或等于所述大于或等于所述截割深度上限、且若所述截割头的高度大于所述截割高度上限，则控制所述截割头下移至所述截割高度下限；若所述截割头的高度小于或等于所述截割高度下限、且若所述截割头的截割深度大于所述截割深度下限，则控制所述截割头缩回至所述截割深度下限。
[0113]
由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请
参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
[0114]
本技术还提供了一种存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0115]
本技术还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
[0116]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
[0117]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。