[发明专利]一种采煤机多惯导定位装置及方法

说明书

本发明公开了一种采煤机多惯导定位装置及方法，属于采煤机惯性定位技术领域。以两个惯导为例，在采煤机前端和后端分别固定防爆外壳，其中前端防爆外壳内安装主惯导和解算系统，后端防爆外壳内安装从惯导和解算系统，轴编码器安装在采煤机行走部。解算系统采集惯导姿态角和轴编码器速度数据，采用航位推算法解算主惯导和从惯导的位置坐标并传输到扩展卡尔曼滤波器。滤波器输出为主惯导和从惯导北东天的位置坐标，将主惯导北东天的位置坐标传输到数据采集显示系统作为采煤机的定位结果。扩展卡尔曼滤波器是根据两个惯导安装后相对距离为固定值的约束条件建立的。该方法用低成本的从惯导校准中等成本的主惯导，达到高精度定位。

技术领域

本发明涉及一种采煤机多惯导定位装置及方法，属于采煤机惯性定位技术领域。

背景技术

基于惯性导航与轴编码器组合的采煤机惯性定位是综采工作面可行的采煤机定位技术。惯性导航是采煤机定位技术的核心设备，其长时定位存在累计误差，长时定位精度差。根据综采工作面采煤工艺，采煤机每刀截割大约运行1小时，且因井下环境恶劣，可利用的外部传感器很少，使得单个惯性导航的定位精度不能满足综采工作面自动化的要求。

发明内容

发明目的：为了解决单个惯性导航定位精度差，不能满足综采工作面自动化要求的问题，本发明提供了一种采煤机多惯导定位装置及方法，以多个惯导安装后相互之间距离为固定值的约束条件，实现用低成本惯导校准中等成本惯导的作用，达到高精度定位，

满足综采工作面定位精度要求。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

采煤机多惯导定位装置包括：主惯导、从惯导、轴编码器、解算系统、滤波器、数据采集显示系统和防爆外壳；在采煤机前端和后端分别固定防爆外壳，其中前端防爆外壳内安装有主惯导和解算系统，后端防爆外壳内安装有从惯导和解算系统；轴编码器安装在采煤机行走部；滤波器安装在采煤机电气控制柜中；数据采集显示系统安装在顺槽的工控机上。

采煤机多惯导定位方法，主惯导和从惯导分别安装在采煤机前端和后端，两个惯导的相对距离为固定值，以此作为约束条件，提高双惯导定位精度。

具体步骤如下：

1)以两个惯导为例，解算系统采集惯导姿态角和轴编码器速度数据，采用航位推算法解算位置坐标；解算系统将主惯导和从惯导的位置坐标传输到滤波器；

2)滤波器状态方程由航位推算法推导；根据航位推算法，定位方程可简写为其中下标k-1、k分别表示k-1时刻和k时刻；状态量X＝[N₁E₁U₁N₂E₂U₂]^T，N₁、E₁、U₁分别为主惯导北、东、天方向位置坐标，N₂、E₂、U₂分别为从惯导北、东、天方向位置坐标；v为轴编码器输出的速度值；T为采样周期；θ分别为惯导输出的航向角和俯仰角；W为状态噪声；以此定位方程作为扩展卡尔曼滤波器的状态方程；

3)以两个惯导安装后相对距离为固定值的约束条件推导滤波器量测方程；记固定值为r，其满足如下关系式：

式(1)可简写为Z_k＝h(X_k)+V_k，其中下标k表示k时刻；量测量Z＝[r]；V为量测噪声；以此方程作为扩展卡尔曼滤波器的量测方程；

4)滤波器输出为主惯导和从惯导北、东、天的位置坐标，将主惯导北、东、天的位置坐标传输到数据采集显示系统作为采煤机的定位结果。

所述步骤(1)中，航位推算法如下所示：