煤矿掘进机自动截割路径规划算法设计与仿真

摘要

针对悬臂式掘进机自动截割中路径规划不合理、跟踪精度低等问题，提出一种改进粒子群优化（PSO）与三次样条插值相结合的路径规划算法，并设计模糊PID自适应轨迹跟踪控制器。以EBZ230型掘进机为研究对象，建立巷道断面数学模型和截割机构运动学模型，生成符合截割工艺的初始路径节点；用三次样条插值实现路径平滑拟合，加入改进PSO对路径控制点进行多目标优化，兼顾轮廓精度、轨迹平滑性、截割效率。针对电液伺服系统的非线性及负载时变特性，设计模糊PID控制器实现PID参数在线自整定，提高轨迹跟踪精度和抗干扰能力。MATLAB仿真结果表明：所提路径规划算法最大轮廓误差、平均曲率、路径长度等指标均优于传统算法，最大轮廓误差控制在28.4 mm以内；模糊PID控制器在阶跃响应、跟踪精度、抗干扰性能等方面均比传统PID控制器好得多，最大跟踪误差只有14.2 mm。研究结果可为煤矿掘进机自动截割应用提供理论支持和技术参考。

关键词

煤矿掘进机 / 自动截割 / 路径规划 / 模糊PID控制 / MATLAB仿真 / PSO