Details

Данная работа посвящена разработке и исследованию эффективной системы управления режущей головкой проходческого комбайна, работающего в изменяющихся геологических условиях подземных угольных шахт. В ходе исследования решены следующие задачи: в MATLAB/Simulink разработана модель электропривода на основе векторного управления (FOC); разработан наблюдатель скользящего режима (SMO) для оценки неизмеримого момента нагрузки при резании породы; проведено сравнение характеристик FOC-PI (с наблюдателем и без него) при различных условиях нагрузки и возмущений; проведен количественный анализ энергопотребления; предложен комбинированный метод для повышения устойчивости системы к неопределенностям и внешним возмущениям. Результаты моделирования подтверждают, что по сравнению с традиционным PI-регулятором с наблюдателем SMO или без него предлагаемая система управления (FOC-STSMC) обеспечивает меньшее время установления, меньшие ошибки в установившемся режиме и повышенную устойчивость к резким изменениям нагрузки, а согласование скорости резания со значениями GSI дополнительно снижает энергопотребление. Практическая значимость заключается в использовании надёжных и адаптивных методов управления для повышения эффективности добычи, снижения энергопотребления и продления срока службы оборудования.

This work is devoted to the development and study of an effective control system for the cutting head of a roadheader operating in changing geological conditions of underground coal mines. The following tasks are solved in the course of the study: An electric drive model based on Field-Oriented Control (FOC) is developed in MATLAB/Simulink; a Sliding Mode Observer (SMO) is developed to estimate the unmeasurable load torque during rock cutting; a performance comparison between FOC-PI (with and without an observer) is carried out under various load and disturbance conditions; a quantitative analysis of energy consumption is performed ; and a combined method is proposed to improve system stability against uncertainties and external disturbances. Simulation results confirm that, compared to a traditional PI controller with or without an SMO observer, the proposed control system (FOC-STSMC) provides shorter settling times, smaller steady-state errors, and increased robustness to sudden load changes. Matching the cutting speed to GSI values further reduces energy consumption. The practical significance lies in the use of robust and adaptive control methods to improve mining efficiency, reduce energy consumption, and extend equipment life.