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煤矿井下群机器人高效任务分配算法

工矿自动化 2023年第8期49卷 60-69页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的... 详细信息

松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的煤矿井下群机器人高效任务分配算法。根据群机器人系统任务划分与分配过程的多方博弈特点,将鲁宾斯坦协商策略由双方博弈向多方共同博弈方向延伸,提出多方协商博弈的“出价-讨价-还价”规则。从机器人个体执行能力与任务执行情况差异的角度出发,提出基于机器人个体单位时间任务完成量的折扣因子计算方法,以及基于各分配周期任务执行情况的任务完成状态反馈参数模型,以实现任务的动态划分与分配。通过3组机器人合作执行煤矿矿区的整体监测任务,对算法性能开展实验验证,结果表明:(1)算法3(采用改进型鲁宾斯坦协商策略)的任务划分与分配效率较算法1(将每组无人机数量与运行速度乘积的比例直接作为3组无人机任务划分与分配的标准)、算法2(使用多方共同协商的鲁宾斯坦协商策略,但不考虑任务完成状态反馈参数)分别提升了30.10%,18.29%。(2)基于算法3的3组无人机执行任务的平均最大时间差为42 s,较算法1、算法2分别优化了77.66%,65.29%,这是由于算法3通过引入任务完成状态反馈参数,及时对任务参与方的任务执行过程进行评估,将任务的分配和执行过程向任务的划分阶段进行反馈,使任务的划分与分配更加准确。

关键词：煤矿井下群机器人松散型合作群机器人鲁宾斯坦协商策略任务划分与分配折扣因子状态反馈

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煤矿5G融合通信系统架构设计

煤矿安全 2023年第2期54卷 217-222页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013

针对煤矿通信系统存在系统独立、缺乏联动互通、统一调度等现象,研究建设煤矿5G融合通信系统的架构设计要求,满足井下联动调度、远程(无人)操控、巡检机器人的典型应用场景;分析该系统在承载采集类、控制类、双向交互类等多数据业务,对... 详细信息

针对煤矿通信系统存在系统独立、缺乏联动互通、统一调度等现象,研究建设煤矿5G融合通信系统的架构设计要求,满足井下联动调度、远程(无人)操控、巡检机器人的典型应用场景;分析该系统在承载采集类、控制类、双向交互类等多数据业务,对低时延/高可靠、数据安全、大带宽的技术要求;提出了采用NGN网络架构、SIP软交换协议及开放接口技术的煤矿5G融合通信平台架构的网络拓结构、安全运行机制、API多层次架构,以及网络动态控制策略的设计需求;探讨了建设基于5G通信的无线承载网的接口类型、业务需求、建设方式,并分析了3种典型联动应用的结论。研究结果表明:基于5G的煤矿融合通信系统的架构设计及联动应用测试,对解决智能矿山多系统建设中面临的接口兼容、远程控制、统一调度等问题具有重要意义。

关键词：煤矿5G融合通信拓扑架构安全机制接口设计 5G联动应用

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矿井主要通风机在线监控技术

煤矿安全 2016年第7期47卷 109-111页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013

设计了一种基于西门子S7-300系列PLC的矿井主通风机在线监控系统,系统采用了具备高抗干扰性、高可靠性、适用于工业环境现场的控制器以及传感器,保证系统的监测值以及风机控制指令在电磁干扰严重的通风机房中可靠的传输;通过伯努利方程... 详细信息

设计了一种基于西门子S7-300系列PLC的矿井主通风机在线监控系统,系统采用了具备高抗干扰性、高可靠性、适用于工业环境现场的控制器以及传感器,保证系统的监测值以及风机控制指令在电磁干扰严重的通风机房中可靠的传输;通过伯努利方程计算得到主通风机的排风量,避免由于风筒截面风流量不均引起的计算偏差。

关键词：主要通风机在线监控系统控制器电磁干扰伯努利方程

塑料加工机械机筒预热阶段温度控制系统的研究

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塑料加工机械机筒预热阶段温度控制系统的研究

作者：吴文臻北京化工大学

学位级别：硕士

目前,在塑料加工机械机筒预热过程的控温方案中,普遍采用的预热方法存在的问题是:因机筒各加热段所设定的温度值不同,导致各段达到设定温度的时间不一致,先于达到设定值的加热段则停止加热,保温等待。然而,在等待的过程中,由于机筒加热... 详细信息

目前,在塑料加工机械机筒预热过程的控温方案中,普遍采用的预热方法存在的问题是:因机筒各加热段所设定的温度值不同,导致各段达到设定温度的时间不一致,先于达到设定值的加热段则停止加热,保温等待。然而,在等待的过程中,由于机筒加热段与环境的热传导和热辐射的存在,仍需不断反复加热,方可保持设定温度,造成能源的浪费。针对这个问题,本文设计了一种机筒预热过程各个加热段等时控温系统,以实现机筒各个加热段同时到达设定温度值,消除了机筒预热阶段的保温时间,节省了能源。本文设计的温度控制系统分为智能控制平台和上位机温度监控软件两部分。智能控制平台以Atmel公司的AT89S52单片机为核心控制器,采用K型热电偶为温度传感器、MAX6675为A/D转换芯片以及固态继电器为执行器件。上位机温度监控软件基于面向对象的编程思想,采用VC++6.0的编译环境。温度监控软件包括了串行通信、温度控制算法、温度数据存储三个模块。上位机与智能控制平台利用RS232进行串行通信。本文基于模糊控制算法整定出机筒各段精确的启动时间,利用各个加热段的启动时间差(控制各个段加热时间的长短)实现等时控温的目标,并完成模糊控制器的设计。实验结果表明,本文设计的塑料加工机械机筒预热阶段温度控制系统具有较高的稳态精度、可靠性,实现了机筒各个加热段同时到达设定温度值,节省了能耗。

关键词：机筒等时控温模糊控制串行通信

Fe-Cu-Ni模型合金的制备及时效行为研究

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Fe-Cu-Ni模型合金的制备及时效行为研究

作者：吴文臻沈阳理工大学

学位级别：硕士

本文通过熔炼制备不同成分的模型合金,并且在500℃及600℃下进行时效处理,使Cu可以在较短时间内在合金内部形成有效阻碍位错运动富Cu团簇。然后通过Cu含量及Ni含量对时效过程中析出相的分布、尺寸和析出形态的影响以及时效硬化规律,阐明... 详细信息

本文通过熔炼制备不同成分的模型合金,并且在500℃及600℃下进行时效处理,使Cu可以在较短时间内在合金内部形成有效阻碍位错运动富Cu团簇。然后通过Cu含量及Ni含量对时效过程中析出相的分布、尺寸和析出形态的影响以及时效硬化规律,阐明了Cu析出相对Fe-Cu模型合金的致脆机理。在实验设计过程中参考反应堆压力容器钢(RPVS)的合金成分以及服役环境,选择较高的元素含量(Cu元素含量远高于RPV钢中的含量)的实验样品,提高时效温度(高于RPV钢的服役温度),加快过饱和固溶体的脱溶分解,更有利于检测到富Cu相的析出。通过硬度实验对不同时效条件下的样品检测表明时效进程的阶段,随时效时间逐步延长:欠时效阶段硬度会逐渐上升,时效峰附近硬度到达时效阶段最大值,过时效阶段硬度下降。时效温度高会加快时效进程,缩短到达时效峰的时间,但硬度峰值会减小。增加合金中Cu的含量会显著的加强硬化效果及时效进程。当脱溶分解驱动力足够时合金中加入Ni会缩短到达时效峰的时间,加强硬化效果。通过OM、SEM、EDS、TEM、XRD、SANS等表征手段检测分析晶粒大小、晶界处的析出行为以及微观团簇的大小、数量、形貌等特征。时效时间对微观团簇的影响为:首先在一定的脱溶分解驱动力的作用下晶界和少量的缺陷处发生非均匀形核,形成一些体积较大浓度较低的团簇对位错运用有一定的阻碍作用;然后Cu元素在形核位置聚集程度升高并且出现一些单独的析出相,位错切过这些团簇及析出相产生很好的硬化效果;最后析出相长大并且粗化,位错由切过转变为绕过析出相硬化效果减弱。升高时效温度会导致Cu在铁素体基体中的过饱和度降低,脱溶分解更容易在缺陷处以及晶界这-些位置更容易发生非均匀形核,微观团簇的聚集速度更快、聚集程度更紧密,但析出相的大小非常不均匀且数量较少,所以能快速到达时效时效峰,但是硬度峰值较低,过时效后形成单独的析出相长大、粗化的过程也更快。增加Cu含量,析出相的尺寸分布范围更广、集中尺寸更大,加快析出相粗化速度。在足够的脱溶分解驱动力下加入Ni元素助于增加析出相的形核位置,对析出相粗化过程起到抑制作用,使析出相保持在有效阻碍位错运动的形态。

关键词：模型合金时效处理微观组织硬化效果

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基于改进时间同步的矿井UWB优化定位方法

工矿自动化 2024年第S1期50卷 34-38页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013 煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013

煤矿井下深度大、干扰因素众多、管网式巷道分布复杂,导致井下各定位节点的定位精度低,时间同步难。基于超宽带(UWB)技术的定位优势,提出一种改进的到达时间差(TDOA)定位方法,用于解决无线连接中时间同步的难度。在传统TPSN时间同步算... 详细信息

煤矿井下深度大、干扰因素众多、管网式巷道分布复杂,导致井下各定位节点的定位精度低,时间同步难。基于超宽带(UWB)技术的定位优势,提出一种改进的到达时间差(TDOA)定位方法,用于解决无线连接中时间同步的难度。在传统TPSN时间同步算法的基础上,兼顾时钟偏差、时钟漂移等影响定位精度的因素,通过卡尔曼滤波降低传输过程中的噪声干扰,并减少了系统的同步次数,降低了功耗。实验结果表明,改进的TPSN算法相比于传统TPSN算法的定位精度提高了30%左右。

关键词：井下定位超宽带时间同步 TDOA TPSN UWB

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智能视频监控系统在煤矿井下的应用研究

煤炭技术 2016年第4期35卷 271-273页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

介绍了一种基于IP网络的智能视频监控系统,对特定区域的监控视频图像进行智能分析,并与井下其他的安全系统、生产控制系统实施连接,实现系统之间联动管理和智能预警功能,解决了传统模拟视频只"监"不"管"的问题。

关键词： IP网络智能视频联动管理预警

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基于5G技术的矿用四旋翼巡检机器人设计

煤炭工程 2021年第12期53卷 159-163页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013

分析了轨道式及行走式机器人在对煤矿带式输送机巡检过程中存在的局限性,提出了采用飞行式机器人进行巡检的新方式。针对煤矿井下GPS拒止环境以及光照条件差的现状,研究了采用激光SLAM结合毫米波雷达辅助定高的方法实现了四旋翼机器人... 详细信息

分析了轨道式及行走式机器人在对煤矿带式输送机巡检过程中存在的局限性,提出了采用飞行式机器人进行巡检的新方式。针对煤矿井下GPS拒止环境以及光照条件差的现状,研究了采用激光SLAM结合毫米波雷达辅助定高的方法实现了四旋翼机器人在井下巷道中自主导航飞行。分析了机器人按照既定线路以及遥控飞行两种巡检需求,采用了基于SA架构组网5G网络作为传输通道,满足四旋翼巡检机器人高清巡检视频大带宽上传、低时延反向遥控飞行的需求。经过现场测试,该四旋翼巡检机器人在井下输送胶带机巷道可实现自主导航飞行及遥控飞行。

关键词： 5G 四旋翼巡检机器人激光雷达毫米波雷达自主导航

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矿井多水平协同排水控制系统设计

煤炭技术 2016年第6期35卷 196-197页

作者：吴文臻煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

设计了一种基于预测控制的矿井多水平协同排水控制系统。无需对井下多水平排水系统建立精确的数学模型,只需建立井下水仓水位简化模型,并研究了针对水仓水位简化模型的预测控制算法。为井下多水平排水控制系统提出了一种先进的控制策略。

关键词：预测控制协同排水控制系统