基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法

综采工作面的目标具有高速运动、多尺度、遮挡等特点,现有的目标检测算法存在精度低、模型占用的内存大、硬件依赖强等问题。针对上述问题,提出了一种基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法。采用轻量化设计,将MobileNetV3作为主干网络,以减小模型占用的内存,提高CPU端的检测速度;在颈部网络添加高效多尺度注意力(EMA)模块,融合不同尺度的上下文信息,并进一步减少计算开销;采用SIoU损失函数代替CIoU损失函数,以提高训练速度和推理准确性。消融实验结果表明:MobileNetV3大幅减少了模型占用的内存和检测时间,但mAP损失严重;EMA模块和SIoU损失函数可在一定程度上恢复损失的精度,同时保证模型在CPU上具有较高的检测速度,满足煤矿井下目标实时检测需求。对比实验结果表明,与DETR,YOLOv5n,YOLOv5s,YOLOv7模型相比,MES−YOLOv5s模型综合性能最好,mAP为84.6%,模型占用的内存为11.2 MiB,在CPU端的检测时间为31.8 ms,在高速运动、多尺度、遮挡和多目标的工况环境下能够保持较高的召回率和精度。

基于Rs-BasicVSR的煤机装备视频超分辨率算法

煤矿井下煤机装备搭载的摄像仪传输的视频信息存在信号干扰,分辨率低,细节缺失等问题,对后续的视频智能分析有着极大挑战。针对该问题,提出一种基于Rs-Basic VSR的煤机装备视频超分辨率算法。首先,在光流对齐部分改用RAFT网络,通过对图像特征建立相关空间,并根据特征信息进行搜索,提升光流计算精度;接着对网络结构进行裁剪,减少卷积层个数。实验结果表明,该算法在平均PSNR上可达31.83 dB,SSIM上达到了0.8919,平均推理时间为60 ms,模型参数量为5.9×10~6,主观视觉效果和客观指标上可以满足煤矿井下视频处理需求。

基于IGA的煤矿用机械臂位置校准方法

针对煤矿用机械臂定位精度较低问题,提出了一种基于改进遗传算法(IGA)的机械臂校准方法。该方法利用煤矿用机械臂正向运动学模型计算空间位置,并采用激光跟踪仪测量空间位置,用计算和测量的多组位置值建立数据集。运动学模型位置误差函数是多元非线性函数,误差校准即最优解问题,采用自适应交叉概率阈值(PC)和自适应变异概率阈值(PM)结合精英主义的IGA求解运动学模型位置误差函数最优解。研究结果表明,基于运动学模型和IGA实现煤矿用机械臂位置校准,能够取得较高的定位精度,满足煤矿井下100 mm×100 mm规格锚网支护需要。

基于单位四元数的锚杆钻车铺网单元控制方法

针对现有铺网过程仍需人工手动操作、人工成本高、危险系数高、作业效率低等问题,提出了一种基于单位四元数的锚杆钻车铺网单元控制方法,通过对铺网单元机械手爪进行基于单位四元数的姿态建模,设计了扩张状态观测器完成自抗扰控制,并对所设计的控制系统进行了仿真验证。结果表明,该方法使网片运输和安装到目标位置的过程实现了自动化,并在遭受扰动时能很快回归稳态,为实现井下锚护过程自动化打下坚实的基础。

煤矿井下ZigBee无线传感器网络路由协议的研究

文章介绍了无线传感器网络的发展及其特点,在分析比较了目前流行的几种无线传感器网络路由协议的基础上,结合煤矿井下掘进工作面的特点和需求,提出了一种适用于掘进工作面的网状拓扑结构的ZigBee无线传感器网络的路由算法,并从路由建立、路由维护、路由恢复等方面进行了详细描述。该路由算法对其它具有ZigBee网状拓扑结构的系统具有一定的参考价值。

基于空间模型预测控制的矿井车辆避障控制器的研究

针对矿井车辆在巷道实时避障过程中参考轨迹的平滑性问题以及在轨迹跟踪过程中转向角突然变化对矿井车辆结构和转向部件造成损伤问题,设计了1种改进的基于空间模型预测控制(SMPC)算法的矿井车辆避障控制器。该设计结合模型预测控制原理和曲线坐标系,将笛卡尔坐标系下的基于时间t的车辆运动学模型转换成曲线坐标系下基于空间s的偏差模型,采用泰勒线性化处理和欧拉法离散,推导出矿井车辆偏差模型的预测方程;在轨迹跟踪部分建立目标函数优化车辆转向曲率的一阶、二阶导数和横向位移偏差值,在轨迹重规划部分建立目标函数优化横向偏差值及其一阶、二阶导数,并结合障碍物信息和巷道边界信息设置边界函数;将目标函数转换为二次规划问题求解最优控制序列。模拟井下巷道环境搭建仿真平台,对本文提出的矿井车辆避障控制器进行实时仿真验证。结果表明,改进后的控制器在轨迹跟踪方面能够保证车辆与参考轨迹之间的横向位移偏差控制在0.2 m以内,航向角偏差控制在0.09 rad以内;与传统的MPC控制算法相比,改进后的控制器具有更加优秀的精确性和平稳性;在实时避障方面,控制器控制性能会受到道路曲率的影响,但无论是在单个障碍物还是连续多个障碍物情况下,车辆都能够避开障碍物,获得平滑的转向输入和平滑、精确的行驶轨迹。

基于双DSP的高速数据采集控制器的设计

提出了一种由基于McBSP接口的双DSP并行处理系统,采用双处理器流水线体系结构,一个DSP负责进行各回路电压电流的采集、滤波、迭代计算,另一个DSP负责人机交互、远程通信与实时控制,二者并行工作可显著提高系统的处理能力,以此并行计算机结构为核心设计实现了高压电力无功补偿(SVC)信号处理系统。

基于双DSP的高压无功补偿装置设计与实现

本文提出了一种由基于双DSP的高压电力无功补偿(SVC)装置设计方案。采用双处理器并行处理结构,一个DSP负责进行各回路交流信号的采样、滤波、FFT迭代计算,另一个DSP负责实时控制、人机交互与远程通讯;二者协同工作,显著提高无功补偿(SVC)装置的处理性能。

空地对抗战术训练仿真系统设计

为满足空地对抗作战指挥训练、战法研究和院校教学训练的需求,向指挥员提供对地攻击和对空拦截作战训练的辅助决策支持,设计与实现了基于DIS(Distributed Interactive Simulation)的空地对抗战术训练仿真系统,并就功能划分、硬件组成以及软件实现等几个方面对系统作以简要介绍。

空防对抗仿真系统中作战飞机对地攻击效能的分析与评估

作战飞机对地攻击效能的分析与评估,是空防对抗仿真系统的一个重要功能和难点问题。为实现理想条件下或特定任务环境下,作战飞机对地攻击潜在效能或使命效能的评估,并满足评估结果具有直观可比性的要求,分别基于解析法和仿真分析的方法,提出了两种效能评估模型。实际应用表明,模型具有较高的可信度和较强的实效性。

Retinex算法在煤矿井下图像增强的应用研究

由于煤矿井下存在大量粉尘及光照强度不足,造成采集的图像不清晰、对比度不足、细节信息无法展现等问题,严重影响图像的观测效果及信息提取。Retinex算法作为一种颜色恒常性模型,在处理图像模糊、光照不足方面有很好的效果及广泛的应用。根据当前Retinex算法的研究现状,总结分析了目前Retinex算法应用于煤矿井下图像增强的研究,分析了每种算法的优缺点并提出了展望。

基于空间MPC算法的矿用车辆轨迹跟踪研究

针对矿井无人运输车辆轨迹跟踪控制问题,提出了一种改进的空间模型预测控制(SMPC)算法。首先,将传统的基于时间的车辆运动学模型转换为基于空间的偏差模型,降低预测方程维度,减小控制器的计算负担;其次,让目标函数最小化车辆转向曲率的1、2阶导数和横向位移偏差,通过优化车辆转向曲率的1、2阶导数减少转向角突然变化对转向部件和车辆结构造成的损伤,保证轨迹跟踪精确性的同时确保车辆行驶的平稳性;最后,将目标函数转化为二次规划问题进行求解最优曲率。模拟井下巷道条件在双移线工况和实际工况下对车辆进行仿真实验,结果表明:在2种工况下,SMPC控制算法均能保证轨迹跟踪的精确性和平稳性,且控制效果优于标准MPC。此外,SMPC算法在不同负载下也具有良好的鲁棒性。

基于CLAHE与卡尔曼滤波的掘进机机载视频稳像算法

掘进机等煤机装备在行进或作业期间,易因车体振动引起机载相机视频模糊,导致基于机载视频的机器视觉检测精度和可靠性下降。针对该问题,提出一种基于CLAHE与卡尔曼滤波的掘进机机载视频稳像算法。该算法由运动估计、轨迹平滑和运动补偿3个部分组成。在运动估计阶段,先采用限制对比度自适应直方图均衡(CLAHE)算法对井下巷道图像进行增强处理,再利用Shi-Tomasi算法获取每帧图像的特征点,对获取的特征点进行光流追踪和匹配,进而计算出相机的运动轨迹。在轨迹平滑阶段,利用卡尔曼滤波,根据视频前一帧的最优值预测当前时刻值,避免均值滤波需预先存储采样数据的问题,提高稳像的实时性。在运动补偿阶段,根据原始运动路径和平滑路径的关系对抖动视频逐帧补偿,生成稳定的视频序列。实验结果表明:(1)经CLAHE增强处理后,特征点匹配成功率比未增强处理时提高了58%,比HE增强处理时提高了43%,说明CLAHE算法可有效提高图像特征点匹配数。(2)通过像素偏移分析、差分图分析、峰值信噪比(PSNR)分析,验证了基于CLAHE与卡尔曼滤波的掘进机机载视频稳像算法具有较好的稳像效果。(3)与传统的HE+均值滤波算法相比,基于CLAHE与卡尔曼滤波的算法处理100帧视频图像的整体耗时减少了0.379 s,在去除抖动的同时,有效提高了稳像的实时性。

基于改进粒子群算法的煤矿井下相机参数优化

煤矿井下视觉测量精度的关键在于相机参数的准确性,提出一种改进粒子群算法对张氏标定法所得参数进行优化,在迭代初期和后期分别使用e指数和粒子适应度函数值动态调节惯性权重。经过实验,优化后相机参数平均误差与标准差相比张氏标定法分别提高了23.65%、22.83%。且改进PSO算法与传统PSO算法、e指数调节惯性权重PSO相比,可以明显降低迭代次数,提高优化精度,是提高煤矿井下视觉测量准确性的一种有效方法。

基于分段线性回归的煤机装备机载操作臂定位误差补偿方法

针对煤机装备机载操作臂的定位误差补偿问题,提出了一种基于分段线性回归的定位误差补偿方法。该方法基于一种煤机装备的典型机载多关节操作臂进行运动学分析,建立了正向运动学和逆向运动学方程;基于3个工作位置设计了操作臂固定的"■"形运行路径;多次采集同一路径中多个位置点的位置信息,对路径点的测量值与目标值进行数据分析,并对目标值进行修正,实现误差补偿。实验验证结果表明,运用分段线性回归的方法进行误差补偿,使得x、y、z三个方向的均方根误差分别降低到100 mm以下,平均绝对误差降低到100 mm以下,满足误差在100 mm以下的工作需求。

煤矿采掘设备电控系统多总线实现

介绍了一种采掘设备的电气控制系统,分析了电气控制系统多种现场总线的结构、特点,阐述了各总线实现方法,并描述了各总线连接设备的功能特点,最后说明了通信可靠性设计方法。应用结果表明,多种现场总线的电气控制系统结构简单、安装维护方便、运行稳定可靠。

采掘工作面联合机组协同控制系统研究

介绍了采掘工作面多台设备协同工作的系统结构,说明了单台设备电气控制系统设计。在单台设备实现自动化控制的基础上,采用无线技术实现了多台设备之间的信息共享与相互控制,对协同控制网络工作原理及其网络与设备接口设计进行了描述。应用表明,采用无线技术实现协同控制网络减少了人为因素、提高了系统效率。

基于CANopen的传感器网络组网过程分析

介绍了CANopen协议的核心概念及网络拓扑结构;以采掘设备电控系统CANopen控制模块为主站,各智能传感器模块为从站,组建了基于CANopen协议的智能传感器网络,详细介绍了CANopen网络组建过程,并对出现的问题进行了具体分析;最后说明了组建CANopen网络需要考虑的关键问题。

Modbus协议的实现方法

介绍了Modbus协议在不同控制器中的实现方法;分析了Modbus协议在实际应用中的通信故障并提出了解决方法;阐述了Modbus协议在实际使用中的一些关键问题。应用结果表明,利用该方法能够设计可靠、稳定、简单的Modbus网络系统,提高了采掘设备电气控制系统的性能。

基于XBee_Pro煤矿无线数据采集装置研究

介绍了矿用无线数据采集装置的设计方案。对系统结构、基于Zigbee技术的XBee_Pro芯片特点进行了阐述;详细描述了无线通信部分的关键技术,并给出了主要部分软件实现的流程;最后对无线主节点的工作过程进行了说明。