针对煤矿竖井下硬岩全断面掘进机刀盘转速控制、刀盘推进速度控制、掘进机姿态调整与纠偏路径规划等技术难题,研究了掘进机液压系统的动力学特性,控制方法与姿态调整策略。通过对全断面掘进机的机械结构及掘进工作循环的分析,考虑到刀盘驱动液压系统与推进液压系统的功率密度的差异,设计了比例减压阀控制柱塞变量泵-定量马达的刀盘驱动闭式液压系统及比例调速阀控制柱塞变量泵-负载敏感多路阀的刀盘推进开式液压系统。液压系统设计力求简单、高效,同时可以满足掘进机的自动控制要求。对液压系统的主要部件进行选型并对选型结果做了初步验证,通过仿真软件分析了液压系统压力与扭矩的关系,验证了液压系统输出脱困扭矩时,溢流阀流量依然满足设计要求。建立了刀盘驱动液压系统线性动力学模型和二维振动模型,根据刀盘驱动系统的线性动力学模型,设计了基于BP神经网络的自适应PID刀盘转速控制器。仿真与实验结果表明,该控制器比普通PID控制器具有更快的响应速度及更好的适应性。建立了推进液压系统的数学模型,设计了基于RBF神经网络的自适应PID刀盘推进速度控制器,引入液压油缸推进压力的平均值作为限制条件,实现了对刀盘推进速度的复合控制,在保证推进速度恒定的情况下,减少了对设备的过度调节。仿真与试验结果证明了基于该控制方法进行刀盘推进速度控制的有效性。分析了全断面掘进机的姿态调整方法,建立了姿态调整时求解液压缸活塞位置的数学模型。采用四阶积分链式微分器对全断面掘进机电液比例控制系统的不确定性、速度和加速度进行估计,设计了积分滑模控制器,实现了对液压缸活塞位置的精确控制。分析了掘进机偏离规划轴线时纠偏路径的特征,给出两种回归曲线的设计方法;证明了纠偏路径起点与终点相同时,以最小转弯半径设计的双圆弧回归曲线是最优回归曲线;推导出回归曲线拐点坐标计算方法。分析了掘进机在直道转弯与弯道转弯时,偏转角的变化规律,推导出最小转弯半径与掘进工作循环推进步距之间的数学关系式,为工程施工奠定理论基础。完成了煤矿硬岩全断面掘进机自适应控制系统软、硬件设计,并分析了全断面掘进机分体式结构特征与防爆特性,通过北京、重庆两地不同地质条件下的掘进实验,验证了掘进机液压系统设计合理性及刀盘转速自适应控制、刀盘推进速度自适应控制及姿态调整自适应控制的有效性。该论文有图91幅,表4个,参考文献132篇。