智采工作面三机数字孪生驱动控制架构

作     者：尤秀松 葛世荣 郭一楠 苗丙 YOU Xiusong;GE Shirong;GUO Yinan;MIAO Bing

作者机构：中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第7期

页      面：3265-3275页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2022YFB4703701) 国家自然科学基金资助项目(61973305) 高等学校学科创新引智计划资助项目(B21014) 

主　　题：数字孪生 智采工作面 三机协同控制 信息交互 常态化运行 

摘      要：为了进一步提高煤矿综采设备智能控制水平,实现智采工作面常态化运行,提出基于数字孪生智采工作面驱动控制的相关概念和系统架构。智采工作面数字孪生系统由物理设备、虚拟孪生体、虚实交互模型组成,通过数字化方法建立与实体设备相映射的虚拟模型,来达到综采设备在作业过程中虚实交互、智能决策、精准控制和动态演化的目的。阐述智采工作面常态化运行要求和采煤机、液压支架和刮板输送机的相关控制难点。提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构,包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素;研究数字孪生虚实交互方法,利用信息物理系统来保障信息交互能力,采用知识模型来解决数据拥堵问题,为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法,包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制。最后以矿山数字孪生实际应用为例,通过建立相关模型和设计相关实验方案,对数字孪生智能控制进行验证。通过展开数字孪生智能控制架构、模式等理论研究,旨在解决目前综采工作面存在的环境感知程度低、设备预测精度差和人工干预强度大等问题,实现在复杂环境条件下设备的自适应控制与人机交互,为煤矿智能化建设提供借鉴意义。