基于频域分离算子的采煤机动基座SINS初始对准算法

陈宇鸣¹，李威¹，辛改芳^2,3，王禹桥¹，司卓印⁴

1. 中国矿业大学机电工程学院2. 常州信息职业技术学院智能装备学院3. 河海大学物联网工程学院4. 中国矿业大学徐海学院

摘 要：捷联惯导系统（SINS）是一种可用于煤矿井下采煤机定位的自主导航传感器。采煤机初始姿态角的确定作为导航定位的前提,后续导航的性能很大程度上取决于初始姿态矩阵的精确程度。采煤机截割煤壁时产生的剧烈震动会使得SINS敏感到高频噪声,高频噪声会严重降低传统动基座SINS初始对准的性能。为了克服煤矿环境下传统动基座SINS初始对准算法收敛速度慢及精度低等问题,提出一种基于频域分离算子的采煤机动基座初始对准算法。首先,根据采煤机的结构特点,运用质量块法构建采煤机截割煤壁时的动力学模型。在此基础上,利用MATLAB提供的基于Runge-Kutta变步长算法的Ode45函数分析和研究了采煤机截割煤壁时机身的运动状态,之后通过傅里叶变换将时域信息转化到频域,进而确定采煤机截割煤壁时机身的运动频率范围。其次,在传统动基座SINS初始对准算法的基础上,通过分析干扰加速度和采煤机截割煤壁时机身晃动的频率特点,进而引入频率分离算子的概念,并由此利用等纹波最佳逼近法精心设计了有限长单位冲激响应（FIR）低通滤波器,从而有效地抑制SINS敏感到的高频噪声。实验结果表明,所提出的算法可以有效地提高采煤机初始对准的收敛速度以及精度,俯仰角和横滚角的稳态误差<0.1°,航向角稳态误差<0.7°,满足后续精对准的要求。

关键词：采煤机;初始对准;频域分离;捷联惯导;动力学建模;低通滤波器;