基于鲁棒闭合路径校准的采煤机SINS/OD组合导航系统
闫明1
付翔2
王然风1
杨欣雨1
刘彬1
1.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 0300242.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024;智能采矿装备技术全国重点实验室,山西太原 030024;山西焦煤集团有限责任公司博士后工作站,山西太原 030024
摘要：基于非完整性约束和闭合路径校准的捷联惯导与里程计的组合导航系统是被广泛应用的采煤机定位方案,其中闭合路径校准法需要能够准确测量液压支架的实际推移距离,但传统的卡尔曼滤波器(KF)难以应对观测量中的异常值,而错误的预测位置会严重影响闭合路径校准法的精度,导致难以有效检测采煤机轨迹直线度.最大相关熵准则卡尔曼滤波器(MCCKF)可获得测量值的高阶统计量,但是MCCKF中的核带宽通常根据经验设定,影响了 MCCKF对复杂环境的适用性.针对上述问题,提出了一种基于鲁棒闭合路径校准的采煤机捷联惯性导航系统(SINS)/里程计(OD)组合导航系统.首先,基于采煤机运动约束模型分别建立速度测量误差方程和位置测量误差方程,并建立KF模型完成对采煤机位置的最优估计;然后,采用MCCKF取代传统的KF,降低传统闭合路径校准法中错误的预测位置对直线度检测的干扰;最后,建立具有自适应核带宽算法的MCCKF(AMCCKF),在不预设核带宽参数的情况下即可获得良好的鲁棒性.实验结果表明:AMCCKF的东向均方根误差(RMSE)为 0.192 0 m,比 MCCKF(核带宽=1)高 2.65％;AMCCKF 的北向 RMSE 为 0.049 6 m,比MCCKF(核带宽=1)低30.53％.结合东向和北向误差,AMCCKF的圆概率误差(CEP)为0.142 2 m,较MCCKF(核带宽=1)降低了 6.51％.在引入自适应核带宽后,AMCCKF可以达到甚至优于经过多次测试得到的固定核带宽MCCKF的性能,说明基于AMCCKF的组合导航系统具备更好的环境适应性.
关键词：采煤机定位捷联惯性导航系统里程计液压支架闭合路径校准最大相关熵准则卡尔曼滤波器自适应核带宽
分类号：TD632(矿山电工)
资助基金：国家自然科学基金(52274157)山西省基础研究计划联合资助项目(202403011241002)科技兴蒙行动重点专项项目(2022EEDSKJXM010)
论文发表日期：2025-05-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 41-48 )
英文信息