分布式实时运行数据驱动的液压支架群虚拟监测关键技术

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煤炭智能化建设直接关系我国国民经济和社会智能化的进程,液压支架作为综采工作面的核心设备之一,对于综采工作面装备的协同运行起着重要的作用。随着智能化技术的不断推进,液压支架电液控制技术已成为常态配置,支架跟随预设程序进行自主动作,在复杂底板、矿压等未知环境因素作用下,支架自动跟机移架可能会由于自身重心不稳,与周围支架发生咬架、挤架等一系列意外问题,干扰着支架群的正常支护任务,严重时威胁工人生命。因此,必须要全面、准确、不间断地获得工作面所有支架的实时位置和姿态数据,才有可能实现在复杂工况条件下对支架以及群组的远程精准调控。同时随着智能传感和监测技术的不断完善,液压支架的监测数据量越来越庞大,仅仅依靠单机系统显然已经无法完成艰巨的监测任务。本文针对以上问题,结合虚拟现实、局域网协同、分布式、负载均衡等技术,对分布式实时运行数据驱动的液压支架群虚拟监测关键技术进行了研究。在获取了支架的实时位置和姿态数据的基础上,进一步研究了分布式虚拟监测方法。本文的主要研究内容和结论如下:(1)研究了液压支架姿态数据的处理流程。在实现数据驱动的基础上,加入了对数据的处理,通过异常数据识别与处理-基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的数据去噪-基于旋转矩阵的传感器数据转换三个数据处理步骤,从而获取了实时、有用的液压支架群姿态数据,实现了真实支架姿态与模型姿态的一致性。本方法能够为其他综采装备的监测提供参考与借鉴。(2)提出了基于超宽带技术(Ultra Wideband,UWB)的液压支架定位方法。利用UWB测距模块获取的测距信息以及预设的基站坐标,利用三边定位原理求解得到了支架在空间中的三维坐标。该方案能够为液压支架的位置监测提供一种新的思路,同时为多数据源融合的液压支架位置监测奠定了基础。(3)研究了基于数据交互器的分布式网络同步方法。在考虑液压支架运动特点的基础上,在Unity3D中确定了采用基于关键参数的远程调用过程而非直接状态同步的方法实现分布式主机之间的数据交互,大大减少了需要同步的网络数据量。该方法能够解决由于数据量庞大导致单机系统无法完成复杂任务的问题,能够为透明综采工作面的建设提供技术支撑。(4)提出了液压支架群分布式监测的任务动态分配方法。在第(3)步的基础上,加入基于一致性哈希算法的监测任务动态分配方法,能够实时评价主机运行状况,及时对监测任务进行动态调整,保证分布式系统负载均衡以及资源的最大化利用,实现流畅的监测。
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