基于数字孪生的无轨胶轮车运动仿真和人机交互系统设计
李嘉然
毕跃起
中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西 太原 030006;山西天地煤机装备有限公司,山西 太原 030006;煤矿采掘机械装备国家工程实验室,山西 太原 030032
摘要：为提高煤矿井下无轨辅助运输胶轮车的运行安全性与智能化控制水平,针对传统监控方式与仿真建模技术难以直观展现运行状态和构建高保真模型的问题,提出了一种融合了新一代信息技术与数字孪生理念的无轨胶轮车运动仿真与人机交互系统.以具备多传感器设计的无轨胶轮车为研究对象,采用MATLAB/Simulink设计了系统架构与功能模块,结合CAN总线完成了多元传感器数据的标准化转换与高速传输.通过整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU)的I/O接口实现了数字孪生模型与物理实体的实时数据交互,构建了虚实融合的运行环境,并实现了对车辆转矩、转速、制动压力等关键安全参数的连续监测.系统引入了基于物理建模与实时数据驱动的预测性仿真方法,能够高精度模拟车辆在不同工况下的动态响应,特别适用于VCU的程序优化与控制算法的参数调整.以某煤矿井下低速四轮转向工况为例,基于数字孪生模型构建的仿真平台复现了真实转弯环境,结合车辆动力学特性开展了多轮仿真试验,优化了比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制参数.优化后的控制策略显著提升了车辆横摆角速度,减小了转弯半径,仿真结果与实测数据变化趋势高度一致:最大相对误差为1.34%,平均误差为0.85%,验证了模型的准确性与可靠性;控制系统整体时间延迟控制在30 ms以内,充分体现了系统的实时性.
关键词：井下无轨胶轮车数字孪生多源感知数据人机交互系统可视化仿真
分类号：TD525(矿山运输与设备)
资助基金：山西省青年科学研究资助项目(202303021212380)山西天地煤机装备有限公司科技重大资助项目(F2023-ZD04)
论文发表日期：2026-02-20
在线出版日期：2026-03-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 220-230 )
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