第13卷第4期 智能系统学报 Vol.13 No.4 2018年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug.2018 D0:10.11992/tis.201704013 网络出版地址:http:/kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180411.1616.016.html 基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制 付翔,王然风 (太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024) 摘要:为保障煤矿工作面液压支架安全高效运行,提高供液系统智能化水平,通过分析供液系统多层智能控 制目标,借鉴高等人工智能原理中的意识-情感-智能三位一体思想,设计并构建了供液系统的智能控制模型。 针对现有自动化水平的供液基础控制技术、欠成熟智能化水平的稳压供液预测技术和成熟智能化水平的智能 供液控制技术,分别设计基础意识模块、情感模块和理智与决策模块的功能结构,并将其嵌入智能供液系统, 实现供液过程智能控制。上述系统在潞安集团王庄煤矿8110综采工作面进行了工业性试验,并取得了理想的 控制效果。 关键词:通用型人工智能理论:煤矿供液;智能控制模型;感知动作;神经网络;物理符号系统 中图分类号:TP18,TD672文献标志码:A文章编号:1673-4785(2018)04-0640-10 中文引用格式:付翔,王然风.基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制机.智能系统学报,2018,13(4):640-649. 英文引用格式:FU Xiang,.VANG Ranfeng.Hydraulic fluid supply process control of coal mine based on consciousness,emotion,, and intelligence[J.CAAI transactions on intelligent systems,2018,13(4):640-649. Hydraulic fluid supply process control of coal mine based on consciousness, emotion,and intelligence FU Xiang,WANG Ranfeng (College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China) Abstract:To ensure safe and efficient hydraulic support at the coal face and to improve the intelligence level of the hy- draulic fluid supply system,in this study,we analyzed multilayer intelligent control targets and designed an intelligent control model of the hydraulic fluid supply system with reference to the concepts of consciousness,emotion,and intelli- gence in artificial intelligence theory.In view of the basic nature of existing fluid supply control technology with re- spect to automation levels,we designed a stabilized-pressure fluid supply prediction technology at an immature intelli- gence level and an intelligent supply control technology at a mature intelligence level,as well as basic consciousness, emotion,and intelligence decision modules.We then embedded these modules into the intelligent hydraulic fluid sup- ply system to achieve intelligent control of the hydraulic fluid supply process.We conducted industrial tests at the 8110 fully mechanized work face of the Wangzhuang Coal Mine of the Lu'an Group,and achieved an ideal control effect. Keywords:general theory of artificial intelligence;hydraulic fluid supply of coal mine;intelligent control model;per- ception action;ANN;physical symbol system 钟义信2提出机制主义人工智能理论,将现 智能理论的数学基础:泛逻辑学理论是机制主 行人工智能的结构主义、功能主义和行为主义三 义人工智能理论的逻辑基础。该方法论得到模 大流派有机地统一起来,使意识、情感、理智成为 糊数学创始人L.A.Zadeh等参会学者的高度赞 三位一体的关系。因素空间理论是机制主义人工 同。何华灿教授评价该理论为一个全新的人工 收稿日期:2017-04-13.网络出版日期:2018-04-11 智能理论体系,与当今国内外普遍流行的人工智 基金项目:国家自然科学基金项目(51404167). 通信作者:付翔.E-mail:14632235@qq.com. 能理论体系6刿相比有全面提升。现有的煤矿工
DOI: 10.11992/tis.201704013 网络出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180411.1616.016.html 基于意识–情感–智能三位一体的煤矿供液过程控制 付翔,王然风 (太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024) 摘 要:为保障煤矿工作面液压支架安全高效运行,提高供液系统智能化水平,通过分析供液系统多层智能控 制目标,借鉴高等人工智能原理中的意识–情感–智能三位一体思想,设计并构建了供液系统的智能控制模型。 针对现有自动化水平的供液基础控制技术、欠成熟智能化水平的稳压供液预测技术和成熟智能化水平的智能 供液控制技术,分别设计基础意识模块、情感模块和理智与决策模块的功能结构,并将其嵌入智能供液系统, 实现供液过程智能控制。上述系统在潞安集团王庄煤矿 8110 综采工作面进行了工业性试验,并取得了理想的 控制效果。 关键词:通用型人工智能理论;煤矿供液;智能控制模型;感知动作;神经网络;物理符号系统 中图分类号:TP18;TD672 文献标志码:A 文章编号:1673−4785(2018)04−0640−10 中文引用格式:付翔, 王然风. 基于意识–情感–智能三位一体的煤矿供液过程控制[J]. 智能系统学报, 2018, 13(4): 640–649. 英文引用格式:FU Xiang, WANG Ranfeng. Hydraulic fluid supply process control of coal mine based on consciousness, emotion, and intelligence[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2018, 13(4): 640–649. Hydraulic fluid supply process control of coal mine based on consciousness, emotion, and intelligence FU Xiang,WANG Ranfeng (College of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China) Abstract: To ensure safe and efficient hydraulic support at the coal face and to improve the intelligence level of the hydraulic fluid supply system, in this study, we analyzed multilayer intelligent control targets and designed an intelligent control model of the hydraulic fluid supply system with reference to the concepts of consciousness, emotion, and intelligence in artificial intelligence theory. In view of the basic nature of existing fluid supply control technology with respect to automation levels, we designed a stabilized-pressure fluid supply prediction technology at an immature intelligence level and an intelligent supply control technology at a mature intelligence level, as well as basic consciousness, emotion, and intelligence & decision modules. We then embedded these modules into the intelligent hydraulic fluid supply system to achieve intelligent control of the hydraulic fluid supply process. We conducted industrial tests at the 8110 fully mechanized work face of the Wangzhuang Coal Mine of the Lu’an Group, and achieved an ideal control effect. Keywords: general theory of artificial intelligence; hydraulic fluid supply of coal mine; intelligent control model; perception action; ANN; physical symbol system 钟义信[1-2]提出机制主义人工智能理论,将现 行人工智能的结构主义、功能主义和行为主义三 大流派有机地统一起来,使意识、情感、理智成为 三位一体的关系。因素空间理论是机制主义人工 智能理论的数学基础[3] ;泛逻辑学理论是机制主 义人工智能理论的逻辑基础[4]。该方法论得到模 糊数学创始人 L.A.Zadeh 等参会学者的高度赞 同。何华灿教授[5]评价该理论为一个全新的人工 智能理论体系,与当今国内外普遍流行的人工智 能理论体系[6-9]相比有全面提升。现有的煤矿工 收稿日期:2017−04−13. 网络出版日期:2018−04−11. 基金项目:国家自然科学基金项目 (51404167). 通信作者:付翔. E-mail:14632235@qq.com. 第 13 卷第 4 期 智 能 系 统 学 报 Vol.13 No.4 2018 年 8 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug. 2018
第4期 付翔,等:基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制 ·641· 作面供液过程控制方法为:基于逻辑判断的多泵 1供液系统及其智能控制模型 联动o和基于PID、模糊PID213、Elman网络 的变频恒压,其控制效果并不理想,原因是其控 煤矿供液系统俗称“工作面的心脏”,主要作 制方法单一化、孤立化,智能方法论存在“深度上 用是为工作面液压支架动作提供所需的高压动力 浅层化、广度上碎片化和体系上封闭化”的重要 乳化液。供液过程控制是通过控制供液系统,与 缺陷。因此,本文基于机制主义人工智能理论, 液压支架协同,智能地为其输出合理充足的动力。 拟采用意识-情感-智能三位一体的控制模型,实 1.1 供液系统硬件基础与功能目标 现对煤矿供液过程的智能控制。 供液系统的设备组成如图1所示。 智能控制中心主站 防爆计算机 主控柜 乳化液泵组分站 分控柜 分控相 分控 分控相 变频分控柜 400L/min乳化液泵400L/min乳化液泵400L/mmin乳化液泵400Lmin乳化液泵80L/min乳化液泵 液压支架群 图1供液系统装备 Fig.1 The equipments of hydraulic fluid supply system 如图1所示,供液系统采用多泵+多变频组 系统的欠成熟智能化功能,在基本自动化基础上 合的驱动方式,实现供液流量的多级+无级调 为成熟智能化提供行为试探:“智能规划”是全局 节s6。控制系统采用主从分布式控制方式,以 智能目标,是供液系统的成熟智能化功能,通过 防爆计算机作为智能层、以主控柜和分控柜作为 欠成熟智能化生成的初步智能策略和基本自动化 控制层,实现控制任务多层化处理。通过分析井 执行的初步智能行为,不断闭环调整和优化策 下支架实际运行中供液过程特征,基于机制主义 略,直至形成准确规范的智能控制策略。 人工智能理论,提出了供液过程智能控制目标: 1.2供液系统智能控制模型设计 以“有序协调、稳压提速、智能规划”为指导理念, 智能是在主体目的和知识的制约下由客体信 适应地为支架运行提供足量合理的高压动力乳化 息激发生长起来的,是信息生态演进过程的高级 液,其多层的智能控制目标如图2所示。 产物劉,利用当前快速发展的软硬件平台,本文 由图2可知,“有序协调”是基础行为目标,既 建立了供液系统的智能控制模型,如图3所示。 是供液系统的基本自动化功能,也是实现智能控 图3所示模型基于意识-情感-智能三位一体 制的基础;“稳压提速”是过渡智能目标,是供液 的思想,其供液系统智能控制的运行机制具体如下
作面供液过程控制方法为:基于逻辑判断的多泵 联动[10]和基于 PID[11] 、模糊 PID[12-13] 、Elman 网络[14] 的变频恒压,其控制效果并不理想,原因是其控 制方法单一化、孤立化,智能方法论存在“深度上 浅层化、广度上碎片化和体系上封闭化”的重要 缺陷[2]。因此,本文基于机制主义人工智能理论, 拟采用意识–情感–智能三位一体的控制模型,实 现对煤矿供液过程的智能控制。 1 供液系统及其智能控制模型 煤矿供液系统俗称“工作面的心脏”,主要作 用是为工作面液压支架动作提供所需的高压动力 乳化液。供液过程控制是通过控制供液系统,与 液压支架协同,智能地为其输出合理充足的动力。 1.1 供液系统硬件基础与功能目标 供液系统的设备组成如图 1 所示。 如图 1 所示,供液系统采用多泵+多变频组 合的驱动方式,实现供液流量的多级+无级调 节 [15-16]。控制系统采用主从分布式控制方式,以 防爆计算机作为智能层、以主控柜和分控柜作为 控制层,实现控制任务多层化处理。通过分析井 下支架实际运行中供液过程特征,基于机制主义 人工智能理论,提出了供液过程智能控制目标: 以“有序协调、稳压提速、智能规划”为指导理念, 适应地为支架运行提供足量合理的高压动力乳化 液,其多层的智能控制目标如图 2 所示。 由图 2 可知,“有序协调”是基础行为目标,既 是供液系统的基本自动化功能,也是实现智能控 制的基础;“稳压提速”是过渡智能目标,是供液 系统的欠成熟智能化功能,在基本自动化基础上 为成熟智能化提供行为试探;“智能规划”是全局 智能目标,是供液系统的成熟智能化功能,通过 欠成熟智能化生成的初步智能策略和基本自动化 执行的初步智能行为,不断闭环调整和优化策 略,直至形成准确规范的智能控制策略。 1.2 供液系统智能控制模型设计 智能是在主体目的和知识的制约下由客体信 息激发生长起来的,是信息生态演进过程的高级 产物[17-18] ,利用当前快速发展的软硬件平台,本文 建立了供液系统的智能控制模型,如图 3 所示。 图 3 所示模型基于意识–情感–智能三位一体 的思想,其供液系统智能控制的运行机制具体如下。 防爆计算机 主控柜 乳化液泵组分站 液压支架群 分控柜 分控柜 分控柜 分控柜 变频分控柜 400 L/min 乳化液泵 400 L/min 乳化液泵 400 L/min 乳化液泵 400 L/min 乳化液泵 80 L/min 乳化液泵 智能控制中心主站 图 1 供液系统装备 Fig. 1 The equipments of hydraulic fluid supply system 第 4 期 付翔,等:基于意识–情感–智能三位一体的煤矿供液过程控制 ·641·
·642· 智能系统学报 第13卷 智能控制中心主站 成熟智能化 全局智能目标 智能规划 支架跟机提速与稳压 供液协同智能控制 过渡智能目标 稳压提速 适应支架动作过程 欠成熟智能化 的稳压供液流量预测 ↓ 智能层(计算机), 控制层(PLC) 协调(主控柜) 多泵变频供液控制 底层自动化 泵组起停顺序控制 泵组加卸找控制 基础行为目标 乳化液泵组分站 有序(分控柜) 变频工频切换控制 故障泵替换控制 图2供液系统多层智能控制目标 Fig.2 The intelligent control multilayer-target of hydraulic fluid supply system 长期记忆系统 知识 本能知识K。 常识知识K 经验知识K 规范知识K决策知识K 数据库 目标 基础行为目标G 过渡智能目标G, 全局智能目标G, (SQL) 信息 于 日标调整1 知识发现 短期记忆系统 全信息! 理智模块 智能层 KG.) 综合决策 (MATLAB) 信息转换 情感模块 S G,) ts. 感觉记忆系统 语法信息X 基础意识模块 策略执行 控制层 (PLC电气回路) 感知一注意 M 传感器 外部刺激 外部世界 智能行为 执行设备 设备环境层 现有自动化水平 欠成熟智能化水平 成熟智能化水平 相互配合 高等人工智能水平 图3供液系统的智能控制模型 Fig.3 The intelligent control model of hydraulic fluid supply system 目标导控机制:目标是导控智能化功能和行 测)导控情感模块;全局智能目标(支架与供液协 为的基本条件。系统通过不同目标设计各个功能 同智能控制)导控理智与决策模块。 模块,包括基础行为目标(过程有序和系统协调) 知识驱动机制:知识是信息到策略的转换依 导控基础意识模块;过渡智能目标(稳压供液预 据。系统中各类知识分别驱动各自功能模块,包
目标导控机制:目标是导控智能化功能和行 为的基本条件。系统通过不同目标设计各个功能 模块,包括基础行为目标 (过程有序和系统协调) 导控基础意识模块;过渡智能目标 (稳压供液预 测) 导控情感模块;全局智能目标 (支架与供液协 同智能控制) 导控理智与决策模块。 知识驱动机制:知识是信息到策略的转换依 据。系统中各类知识分别驱动各自功能模块,包 成熟智能化 欠成熟智能化 底层自动化 全局智能目标过渡智能目标基础行为目标 智能控制中心主站 智能规划 支架跟机提速与稳压 供液协同智能控制 稳压提速 适应支架动作过程 的稳压供液流量预测 协调(主控柜) 多泵变频供液控制 泵组起停顺序控制 泵组加卸载控制 有序(分控柜) 变频工频切换控制 故障泵替换控制 智能层(计算机) 控制层(PLC) 乳化液泵组分站 图 2 供液系统多层智能控制目标 Fig. 2 The intelligent control multilayer-target of hydraulic fluid supply system 数据库 全局智能目标Gt (SQL) 长期记忆系统 知识 目标 本能知识Kb 常识知识Kc 经验知识Kj 规范知识Kg 决策知识Ku 基础行为目标Gj 过渡智能目标Gq 智能层 (MATLAB) 控制层 (PLC/电气回路) 执行设备 设备环境层 策略执行 智能行为 成熟智能化水平 高等人工智能水平 相互配合 外部世界 现有自动化水平 欠成熟智能化水平 外部刺激 传感器 感知−注意 基础意识模块 信息转换 全信息 I语法信息 X 信息 短期记忆系统感觉记忆系统 综合决策 理智模块 知识发现 目标调整 情感模块 I(Gt) I(Gq ) Sj Sz I(Gt ) X X W M Ss Sj Sz St Sq 图 3 供液系统的智能控制模型 Fig. 3 The intelligent control model of hydraulic fluid supply system ·642· 智 能 系 统 学 报 第 13 卷
第4期 付翔,等:基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制 ·643· 括本能知识驱动感知-注意模块功能(传感数据选 换成不同智能水平的控制策略。同时,信息转换 择与生成)和基础意识模块功能(手动控制):常识 过程中帮助知识发现与生长。 知识的先验部分驱动信息转换模块功能(全信息 软硬件平台实现:软件和硬件平台是系统智 状态描述),后验部分知识驱动基础意识模块功 能控制的实施形态。系统分为4个层次的软硬平 能(有序协调控制):经验知识驱动情感模块功能 台,包括设备环境层(传感器与执行机构)、控制 (稳压供液预测):规范知识驱动理智与决策模块 层(控制器与电气回路)、智能层(计算机与计算软 功能(支架与供液协同智能控制)。同时,各类知 件)、数据库(数据存储记忆硬盘与软件)。 识在系统运行过程中实现知识内部生态循环。 2智能供液系统关键模块功能设计 信息转换机制:信息转换是智能创生定律的 源头。系统中信息在各个模块进行处理转换, 2.1供液基础控制 感知-注意模块将传感器信号转换为语法信息(系 供液基础控制的基础意识模块功能设计如 统工程量数据),信息转换模块将语法信息转换成 图4所示。供液基础控制是智能供液基础控制层 全信息(数据状态、变化等特征量):基础意识模 的策略执行技术0。供液基础控制的基础意识模 块、情感模块和理智模块将语法信息、全信息转 块功能设计如图4所示。 目标 Q 逻辑判断 策略生成 泵运行 N F THEN 运行频率 N 信 N40 泵组顺序启停策略 F N≤0且NA0 泵组加卸载策略 泵故障 F.≤0或F0 变频频率调节策略 卸载阀开关 策略执行 P=1 故障泵替换策略 条件 /结论 本能和常识知识 图4供液基础控制的基础意识模块设计 Fig.4 The design of basic consciousness module for hydraulic fluid supply base control 信息感知、注意和转换:感知、注意(选取)系 Act等信息转换为支架动作数量N、出液作用面 统的泵组运行、阀组开关等传感器信号,以供液 积A、进液作用面积A。等支架动作特征量,作 输出流量Q为目标,转换泵组运行数量N、阀组 为BP-ANN的输入信息。 加载数量N、变频差值F。和人、泵故障状态P等 基本意识模块 Rule 语法信息。 感Act 逻辑判断:依据本能和常识知识的逻辑规则, BP-ANN 圈盛圈 逻辑判断语法信息IF条件,THEN结论。 策略生成与执行:依据本能知识的F.THEN 图5稳压供液预测的情感模块设计 规则,生成基础行为策略S,进一步转换成执行 Fig.5 The design of emotion module for fluid feeding pre- 动作。 diction with steady pressure 2.2稳压供液预测 BP-ANN预测输出:分析处理历史数据训练 稳压供液预测是指以支架具体的动作情况和 生成BP-ANN,通过上述信息输入网络,预测输出 压力限制等条件为判断依据,以提高支架动作速 稳压供液流量系统使用率SR。鉴于支架动作的 度和减少系统压力波动为控制目标,预测生成稳 间歇性特点,设计BP-ANN输入开关,根据工况 压供液流量。情感模块用于设计实现支架动作过 判断网络是否工作。此外,为适用于系统控制, 程的稳压供液流量预测功能,以事先训练好的 对BP-ANN输出系统使用率SR去归一化处理, BP-ANN为核心,接收神经网铬输入变量信息,转 数学转换为稳压供液流量Q 换并检验网络的输出。稳压供液预测技术的情感 策略可行性检验:以系统故障状态和供液流 模块功能设计如图5所示。 量能力为依据对Q,进行可行性检验,以决定情感 信息感知、注意和转换:利用感知-注意模块 策略或抑制、或输出、或调整后输出。 和信息转换模块,将卸载压力P、加载压力P、支 2.3支架与供液协同智能控制 架系统的运行联动规则Rule、当前支架动作状态 支架与供液协同智能控制是结合支架跟机工
括本能知识驱动感知–注意模块功能 (传感数据选 择与生成) 和基础意识模块功能 (手动控制);常识 知识的先验部分驱动信息转换模块功能 (全信息 状态描述),后验部分知识驱动基础意识模块功 能 (有序协调控制);经验知识驱动情感模块功能 (稳压供液预测);规范知识驱动理智与决策模块 功能 (支架与供液协同智能控制)。同时,各类知 识在系统运行过程中实现知识内部生态循环。 信息转换机制:信息转换是智能创生定律的 源头[19]。系统中信息在各个模块进行处理转换, 感知–注意模块将传感器信号转换为语法信息 (系 统工程量数据),信息转换模块将语法信息转换成 全信息 (数据状态、变化等特征量);基础意识模 块、情感模块和理智模块将语法信息、全信息转 换成不同智能水平的控制策略。同时,信息转换 过程中帮助知识发现与生长。 软硬件平台实现:软件和硬件平台是系统智 能控制的实施形态。系统分为 4 个层次的软硬平 台,包括设备环境层 (传感器与执行机构)、控制 层 (控制器与电气回路)、智能层 (计算机与计算软 件)、数据库 (数据存储记忆硬盘与软件)。 2 智能供液系统关键模块功能设计 2.1 供液基础控制 供液基础控制的基础意识模块功能设计如 图 4 所示。供液基础控制是智能供液基础控制层 的策略执行技术[20]。供液基础控制的基础意识模 块功能设计如图 4 所示。 信息感知、注意和转换:感知、注意 (选取) 系 统的泵组运行、阀组开关等传感器信号,以供液 输出流量 Q 为目标,转换泵组运行数量 Nc、阀组 加载数量 Nd、变频差值 Fc 和 fc、泵故障状态 P 等 语法信息。 逻辑判断:依据本能和常识知识的逻辑规则, 逻辑判断语法信息 IF 条件,THEN 结论。 策略生成与执行:依据本能知识的 IF···THEN 规则,生成基础行为策略 Sj,进一步转换成执行 动作。 2.2 稳压供液预测 稳压供液预测是指以支架具体的动作情况和 压力限制等条件为判断依据,以提高支架动作速 度和减少系统压力波动为控制目标,预测生成稳 压供液流量。情感模块用于设计实现支架动作过 程的稳压供液流量预测功能,以事先训练好的 BP-ANN 为核心,接收神经网络输入变量信息,转 换并检验网络的输出。稳压供液预测技术的情感 模块功能设计如图 5 所示。 信息感知、注意和转换:利用感知–注意模块 和信息转换模块,将卸载压力 pu、加载压力 pl、支 架系统的运行联动规则 Rule、当前支架动作状态 Act 等信息转换为支架动作数量 N、出液作用面 积 Aout、进液作用面积 Ain 等支架动作特征量,作 为 BP-ANN 的输入信息。 BP-ANN 预测输出:分析处理历史数据训练 生成 BP-ANN,通过上述信息输入网络,预测输出 稳压供液流量系统使用率 SR。鉴于支架动作的 间歇性特点,设计 BP-ANN 输入开关,根据工况 判断网络是否工作。此外,为适用于系统控制, 对 BP-ANN 输出系统使用率 SR 去归一化处理, 数学转换为稳压供液流量 Qp。 策略可行性检验:以系统故障状态和供液流 量能力为依据对 Qp 进行可行性检验,以决定情感 策略或抑制、或输出、或调整后输出。 2.3 支架与供液协同智能控制 支架与供液协同智能控制是结合支架跟机工 感知注意 信息转换 本能和常识知识 条件 结论 策略执行 逻辑判断 策略生成 泵运行 运行频率 泵故障 卸载阀开关 Nc Nd Fc fc P 目标 Q Sj Nc≠0 Nc≤0且Nd≠0 Fc≤0或Fc≠0 P=1 IF 泵组顺序启停策略 泵组加卸载策略 变频频率调节策略 故障泵替换策略 THEN 图 4 供液基础控制的基础意识模块设计 Fig. 4 The design of basic consciousness module for hydraulic fluid supply base control Rule Act Pu Pt S BP-ANN N ΔL Aout Ain Pu Pt SR 数学 转换 感知注意 信息转换 QP Sj Sq 基本意识模块 综合 决策 可行性 检验 图 5 稳压供液预测的情感模块设计 Fig. 5 The design of emotion module for fluid feeding prediction with steady pressure 第 4 期 付翔,等:基于意识–情感–智能三位一体的煤矿供液过程控制 ·643·
·644· 智能系统学报 第13卷 艺、液压系统压力工况等条件,实现支架跟机提 信息感知、注意和转换:利用感知-注意模块和 速和稳压供液的多目标协同控制。理智与决策模 信息转换模块,将实时的液压支架传感信息转换生 块设计实现此功能,其功能设计如图6所示。 成描述液压支架和供液系统特征的状态全信息四。 理智与决策模块(物理符号系统)》 VNL 条件 KgHV NLA PP] K: 优先级规则 I APP:S. 判断 IF...THEN Rule IF O,=0 感知注意 Act 0+0 KgHV NLA PP] AND O-0 THEN O-O P. 息转换 双层规划: IF O,=0 P NLA 压力 极速模式 ANDQ≠0 P 工况 PP S 优化模式 THEN O=O 基本意识模块 效果 (P B)So IF +0 评价 0 AND O=0 0.0 0.=Q+△Q THEN O-O P型 情感模块 图6支架与供液协同智能控制的理智与决策模块设计 Fig.6 The design of intelligent and decision module for cooperative intelligent control of supports and fluid supply 效果评价与策略调节:评价和微调情感模块 智能策略决策与输出:由综合决策模块驱动, 输出的预测供液策略Q,精度,生成更准确的稳压 判断策略输出的优先级,优先级由高到低为: 供液策略Qpo Q(理智供液策略)→Q(调节供液策略)→Q,(情感 策略规划:核心环节,以支架跟机提速和稳压 供液策略)。 供液多目标导控,合理选择极速模式或优化模 3供液系统智能控制技术实现 式,实现策略规划。 规范知识应用与理智策略生成:输入的全信 供液系统控制层通过Profibus-DP通讯网络 息匹配规范知识生成相应策略,初期的知识库可 组建成PLC控制器分布式架构,PLC控制器中的 能较为缺乏,但随着系统的不断执行,规范知识 功能程序是基础意识模块的技术形态,其分布式 库越来越完善。 架构如图7所示。 Ethernet(1) Industrial Ethernet MPI(1) MPI PROFIBUS(1) PROFIBUS PC Station Master Staton NO.2 Pump NO.4 Pump Emulsion Substation Substation ubstation NO.1 Pump NO.3 Pump mall Pump ubstation Substation bstation ubstation 图7分布式控制层架构 Fig.7 Distributed control layer architecture 智能层以防爆计算机为平台,利用以太网通 息,经过MATLAB等算法软件处理后生成控制策 讯搭建硬件之间的通信物理层,利用OPC技术制 略,并下达控制层执行。依据上节的情感模块、 定软件之间的数据接口标准,实现智能层与外界 理智与决策模块的功能设计,在Simulink建立控 的数据交互,接收控制层或支架系统的输入信 制模型如图8、9
艺、液压系统压力工况等条件,实现支架跟机提 速和稳压供液的多目标协同控制。理智与决策模 块设计实现此功能,其功能设计如图 6 所示。 信息感知、注意和转换:利用感知–注意模块和 信息转换模块,将实时的液压支架传感信息转换生 成描述液压支架和供液系统特征的状态全信息[20]。 效果评价与策略调节:评价和微调情感模块 输出的预测供液策略 Qq 精度,生成更准确的稳压 供液策略 Qp。 策略规划:核心环节,以支架跟机提速和稳压 供液多目标导控,合理选择极速模式或优化模 式,实现策略规划。 规范知识应用与理智策略生成:输入的全信 息匹配规范知识生成相应策略,初期的知识库可 能较为缺乏,但随着系统的不断执行,规范知识 库越来越完善。 智能策略决策与输出:由综合决策模块驱动, 判断策略输出的优先级,优先级由高到低为: Ql (理智供液策略)→Qa (调节供液策略)→Qq (情感 供液策略)。 3 供液系统智能控制技术实现 供液系统控制层通过 Profibus-DP 通讯网络 组建成 PLC 控制器分布式架构,PLC 控制器中的 功能程序是基础意识模块的技术形态,其分布式 架构如图 7 所示。 智能层以防爆计算机为平台,利用以太网通 讯搭建硬件之间的通信物理层,利用 OPC 技术制 定软件之间的数据接口标准,实现智能层与外界 的数据交互,接收控制层或支架系统的输入信 息,经过 MATLAB 等算法软件处理后生成控制策 略,并下达控制层执行。依据上节的情感模块、 理智与决策模块的功能设计,在 Simulink 建立控 制模型如图 8、9。 ᙋ ⴑ ∔ ᘻ ԍ ᖛ 䒘 ᢎ ⤲ᮦ̺۟もὍಃ喋➕⤲げण㈧㐋喌 ദ ᱘ ᘻ 䃲 Ὅ ಃ ᗱᙋὍಃ Т ݐ ߇ࢷ ۡ ᩴ 䃰У ࣸᅮ㻰ܾ喝 Ჭ䕋Ὅᐻ фࡂὍᐻ vc Rule Act Pu Pt P S4 S1 S3 S2 vcNL AinPuPt Qz≠Qt Qz≠0 PeBp Qt Qz Qz Qa Qz Kg : IFćTHEN Kg фٴ㏓㻰݅ IF Qs=0 AND Qt=0 THEN Qz=Qq IF Qs=0 AND Qt≠0 THEN Qz=Qt IF Qs≠0 AND Qt=0 THEN Qz=Qa Qq NLAin vcPuPt (PeBp ) ω U (PeBp ) ω U Kg [vcNLAinPuPt = ] Kg [vcNLAinPuPt = ] Qa=Qz±ΔQ 图 6 支架与供液协同智能控制的理智与决策模块设计 Fig. 6 The design of intelligent and decision module for cooperative intelligent control of supports and fluid supply Ethernet(1) Industrial Ethernet MPI(1) MPI PROFIBUS(1) PROFIBUS PC Station Master Station NO.1 Pump Substation NO.2 Pump Substation NO.3 Pump Substation NO.4 Pump Substation Emulsion Substation Small Pump Substation Water Substation OPC 服务器 IE 通用 2 2 3 CPU 315−2 DP DP CP 343−1 4 5 6 8 7 9 图 7 分布式控制层架构 Fig. 7 Distributed control layer architecture ·644· 智 能 系 统 学 报 第 13 卷