基于非完整性约束的采煤机定位方法

摘要

目前基于惯性导航系统和里程计组合的采煤机定位方法直接用里程计输出对惯性导航系统推算得到的采煤机前进速度进行修正,但抑制惯性导航系统误差发散的能力非常有限。采煤机在运动过程中满足非完整性约束的特点,即在采煤机不发生跳跃和侧滑的情况下,牵引齿轮和履带连接处的侧向和垂向速度为零。基于该特点,在惯性导航系统和里程计组合定位的基础上,提出了一种基于非完整性约束的采煤机定位方法。安装于采煤机机身中部的惯性测量单元输出经机械编排获得采煤机姿态、速度和位置信息;安装于采煤机牵引齿轮上的里程计输出用于计算采煤机瞬时速度。使用惯性导航系统的机械编排结果和误差传播模型建立卡尔曼滤波状态方程,在采煤机牵引齿轮和履带的连接处引入非完整性约束,利用惯性导航系统投影在连接处的速度与里程计输出的速度之差作为观测向量,建立卡尔曼滤波观测方程;将卡尔曼滤波算法处理后的结果作为误差反馈,对惯性导航系统的输出进行修正,得到采煤机姿态、速度和位置的最优估计。实验结果表明,相较于传统惯性导航系统和里程计组合的定位方法,加入非完整性约束后定位误差没有随时间发散,对实际轨迹具有良好的追踪性能;采煤机在前向、侧向、垂向上的定位误差分别降低了66%,62%,67%。