本发明公开了一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统及方法，该系统包括掘进机机械本体、电液伺服驱动系统以及检测控制系统；掘进机机械本体包括设置于前端的截割头、控制截割头水平方向上转动的回转油缸组、控制截割头俯仰动作的升降油缸组，电液伺服驱动系统用于驱动回转油缸组、升降油缸组；检测控制系统根据检测信号控制回转油缸组、升降油缸组。本发明通过检测信号实时控制回转油缸组、升降油缸组，从而实现对截割路径的规划。
1.一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：根据要成形的巷道断面类型和边界参数，采用二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型，二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型的方法如下：S11：根据截割头(1‑7)在巷道断面上的投影圆直径D，在巷道断面中从左到右依次间隔D设置若干条竖直分割线，在巷道断面中从下到上依次间隔D设置若干条水平分割线；
S12：最右侧竖直分割线右侧的区域与最上侧水平分割线上侧的区域作为欠挖区域排除，剩余巷道断面宽度为A、剩余巷道断面高度为B，A/D条竖直分割h线与B/D条水平分割线将剩余巷道断面分割成若干边长为D的正方形栅格；
S13：正方形栅格的中心作为该正方形栅格对应的轨迹点，则剩余巷道断面共有A/D×B/D个轨迹点，若正方形栅格内存在夹矸(4‑1)，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为障碍点，若正方形栅格内不存在夹矸(4‑1)，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为自由点；
S14：从左到右、自下而上沿S形路径给剩余巷道断面上所有的轨迹点依次标序号：1,2,
S2：将步骤S1中构建的环境模型植入到电控柜(3‑6)中并根据轨迹点序号设定初始截割路径，启动悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统，系统按照初始截割路径控制截割头(1‑7)进行掘进截割作业；在掘进截割作业过程中电控柜(3‑6)采集倾角传感器(3‑1)、角度传感器(3‑2)、压力传感器(3‑3)、振动加速度传感器(3‑4)、电流传感器(3‑5)的实时数据，电控柜(3‑6)中的控制器处理实时数据，通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf；
S3：若实时煤岩硬度Hf没有超过截割头(1‑7)的极限截割硬度Hs，悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统继续按照步骤S2中的初始截割路径进行掘进截割作业；若实时煤岩硬度Hf超过了截割头(1‑7)的极限截割硬度Hs，则控制器同时考虑掘进机的截割功耗和断面成形质量这两个优化目标，基于一种动态多目标蚁群算法重新规划截割头(1‑7)截割路径；
S4：控制器控制回转油缸组(1‑4)、升降油缸组(1‑8)驱动截割头(1‑7)按梯形速度运动；
所述悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统包括掘进机机械本体、电液伺服驱动系统以及检测控制系统；
所述掘进机机械本体包括设置于前端的截割头(1‑7)、控制截割头(1‑7)水平方向上转动的回转油缸组(1‑4)、控制截割头(1‑7)俯仰动作的升降油缸组(1‑8)；
所述电液伺服驱动系统用于驱动回转油缸组(1‑4)、升降油缸组(1‑8)；
所述检测控制系统根据检测信号控制回转油缸组(1‑4)、升降油缸组(1‑8)；
所述掘进机机械本体包括平台(1‑1)，所述平台(1‑1)上方设有回转支撑(1‑2)，所述回转支撑(1‑2)上方设有回转部件(1‑3)，所述回转部件(1‑3)后端连接有回转油缸组(1‑4)，所述回转油缸组(1‑4)驱动回转部件(1‑3)绕回转支撑(1‑2)在水平方向上转动，所述回转部件(1‑3)前端铰接有悬臂大梁(1‑5)，所述悬臂大梁(1‑5)前端设有截割电机(1‑6)，所述截割电机(1‑6)的输出轴驱动连接有截割头(1‑7)；升降油缸组(1‑8)一端与回转部件(1‑3)铰接，另一端与悬臂大梁(1‑5)前端铰接；
所述电液伺服驱动系统包括油箱(2‑1)、吸油过滤器(2‑2)、手动变量泵(2‑3)、单向阀(2‑4)、蓄能器(2‑5)、溢流阀(2‑6)、升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)、回转支路比例伺服阀(2‑
7‑2)、液控单向阀(2‑8)、回油过滤器(2‑9)，所述油箱(2‑1)依次通过吸油过滤器(2‑2)、手动变量泵(2‑3)与单向阀(2‑4)的进口连接，所述单向阀(2‑4)的出口分别与蓄能器(2‑5)、溢流阀(2‑6)的进口、升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)的油口P、回转支路比例伺服阀(2‑7‑2)的油口P连接，溢流阀(2‑6)的出口与油箱(2‑1)连接；
升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)的油口A通过液控单向阀(2‑8)与升降油缸组(1‑8)的大腔连接，升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)的油口B与升降油缸组(1‑8)的小腔连接，升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)的油口T通过回油过滤器(2‑9)与油箱(2‑1)连接；
所述回转油缸组(1‑4)包括第一回转油缸(1‑4‑1)和第二回转油缸(1‑4‑2)，回转支路比例伺服阀(2‑7‑2)的油口A与第一回转油缸(1‑4‑1)大腔、第二回转油缸(1‑4‑2)小腔连接，回转支路比例伺服阀(2‑7‑2)的油口B与第一回转油缸(1‑4‑1)小腔、第二回转油缸(1‑
4‑2)大腔连接，回转支路比例伺服阀(2‑7‑2)的油口T通过回油过滤器(2‑9)与油箱(2‑1)连接；
所述检测控制系统包括：设置于平台(1‑1)上的电控柜(3‑6)、设置于悬臂大梁(1‑5)上的倾角传感器(3‑1)，设置于回转部件(1‑3)上的角度传感器(3‑2)，设置于升降油缸组(1‑
8)、回转油缸组(1‑4)中的压力传感器(3‑3)，设置于悬臂大梁(1‑5)前端的振动加速度传感器(3‑4)，设置于截割电机(1‑6)上的电流传感器(3‑5)，所述倾角传感器(3‑1)、角度传感器(3‑2)、压力传感器(3‑3)、振动加速度传感器(3‑4)、电流传感器(3‑5)与电控柜(3‑6)信号连接，所述电控柜(3‑6)与升降支路比例伺服阀(2‑7‑1)、回转支路比例伺服阀(2‑7‑2)控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法，其特征在于：
所述升降油缸组(1‑8)包括第一升降油缸(1‑8‑1)和第二升降油缸(1‑8‑2)。
3.根据权利要求1所述的一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法,其特征在于，步骤S2通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf的方法如下：S21：通过煤矿井下实测或者实验室台架测试获取截割头(1‑7)在不同摆动速度下截割不同硬度煤岩时悬臂大梁(1‑5)倾角、回转部件(1‑3)水平摆动角度、升降油缸组(1‑8)两腔压力、回转油缸组(1‑4)两腔压力、截割头(1‑7)振动信号、截割电机(1‑6)三相电流数据，并以此建立专家数据库；
S22：电控柜(3‑6)采集倾角传感器(3‑1)、角度传感器(3‑2)、压力传感器(3‑3)、振动加速度传感器(3‑4)、电流传感器(3‑5)的实时数据作为控制器模糊算法的输入，通过制定恰当的模糊规则，选择合适的隶属度函数，得到截割煤岩的煤岩硬度Hf。
4.根据权利要求3所述的一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法,其特征在于，步骤S22中根据电控柜(3‑6)采集的实时数据的变化频率，选择不同数目的模糊规则。
5.根据权利要求1所述的一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法,其特征在于，步骤S12中欠挖区域由后续的扫帮工序进行掘进。
一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及自动化掘进装备技术领域，具体涉及一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统及方法。
背景技术
[0002] 煤炭是目前我国最主要的一种能源，煤炭资源的开采利用对于国民经济的发展具有重要的影响，因此提升我国煤矿采掘装备技术具有现实意义。悬臂纵轴式掘进机主要用于煤矿井下巷道工作面的开挖，目前我国绝大部分矿区的巷道断面成形主要是依靠煤矿工人手动操作掘进机器来完成，生产效率受工人操作经验和井下环境的影响。为了提高煤炭的综合开采效率，降低矿井事故发生率，国家科技部相继批准了若干与煤矿采掘装备智能化开采技术相关的重大研发项目，其中就包括了掘进机自动断面成形截割技术。
[0003] 目前，记忆截割是一种较可靠的掘进机自动断面成形方法，该方法通过工人的示范操作，掘进机控制系统记录下本次工作面的截割轨迹，用于下次工作面的截割。一方面，这种方法的截割路径通常采用类S型，虽然这种路径能够实现工作面的全覆盖，但却不一定是最节能的一种路径。另一方面，当截割路径上煤岩特性发生突变，如遇到大硬度夹矸时，若仍按原来的截割速度推进则会对掘进机机体和液压系统产生一定程度的冲击，影响机器的使用寿命。因此若能根据煤岩的硬度自适应地调整截割速度或者绕开夹矸，则能使掘进机以较高的工作效率和可靠的机器性能完成截割作业。
[0004] 然而，对于地质构造复杂的煤岩层，不规则夹矸等截割障碍物的分布、大小、硬度都具有未知性，并且受井下粉尘、噪声、高温、高湿的工作环境影响，采用视觉图像手段来提前识别夹矸等障碍物的位置具有一定难度且整体成本相对要大。
发明内容
[0005] 为了克服视觉图像识别障碍物位置具有一定难度且整体成本较大问题，本发明提供一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统及方法。
[0006] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统，包括掘进机机械本体、电液伺服驱动系统以及检测控制系统；掘进机机械本体包括设置于前端的截割头、控制截割头水平方向上转动的回转油缸组、控制截割头俯仰动作的升降油缸组；电液伺服驱动系统用于驱动回转油缸组、升降油缸组，检测控制系统根据检测信号控制回转油缸组、升降油缸组。
[0008] 优选地，掘进机机械本体包括平台，平台上方设有回转支撑，回转支撑上方设有回转部件，回转部件后端连接有回转油缸组，回转油缸组驱动回转部件绕回转支撑在水平方向上转动，回转部件前端铰接有悬臂大梁，悬臂大梁前端设有截割电机，截割电机的输出轴驱动连接有截割头；升降油缸组一端与回转部件铰接，另一端与悬臂大梁前端铰接。
[0009] 优选地，电液伺服驱动系统包括油箱、吸油过滤器、手动变量泵、单向阀、蓄能器、溢流阀、升降支路比例伺服阀、回转支路比例伺服阀、液控单向阀、回油过滤器，油箱依次通过吸油过滤器、手动变量泵与单向阀的进口连接，单向阀的出口分别与蓄能器、溢流阀的进口、升降支路比例伺服阀的油口P、回转支路比例伺服阀的油口P连接，溢流阀的出口与油箱连接，升降支路比例伺服阀的油口A通过液控单向阀与升降油缸组的大腔连接，升降支路比例伺服阀的油口B与升降油缸组的小腔连接，升降支路比例伺服阀的油口T通过回油过滤器与油箱连接；回转油缸组包括第一回转油缸和第二回转油缸，回转支路比例伺服阀的油口A与第一回转油缸大腔、第二回转油缸小腔连接，回转支路比例伺服阀的油口B与第一回转油缸小腔、第二回转油缸大腔连接，回转支路比例伺服阀的油口T通过回油过滤器与油箱连接。
[0010] 优选地，检测控制系统包括：设置于平台上的电控柜、设置于悬臂大梁上的倾角传感器，设置于回转部件上的角度传感器，设置于升降油缸组、回转油缸组中的压力传感器(3‑3)，设置于悬臂大梁前端的振动加速度传感器，设置于截割电机上的电流传感器，倾角传感器、角度传感器、压力传感器、振动加速度传感器、电流传感器与电控柜信号连接，电控柜与升降支路比例伺服阀、回转支路比例伺服阀控制连接。
[0011] 优选地，升降油缸组包括第一升降油缸和第二升降油缸。
[0012] 本发明还提供一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法,其特征在于，包括如下步骤：
[0013] S1：根据要成形的巷道断面类型和边界参数，采用二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型，二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型的方法如下：
[0014] S11：根据截割头在巷道断面上的投影圆直径D，在巷道断面中从左到右依次间隔D设置若干条竖直分割线，在巷道断面中从下到上依次间隔D设置若干条水平分割线；
[0015] S12：最右侧竖直分割线右侧的区域与最上侧水平分割线上侧的区域作为欠挖区域排除，剩余巷道断面宽度为A、剩余巷道断面高度为B，A/D条竖直分割线与B/D条水平分割线将剩余巷道断面分割成若干边长为D的正方形栅格；
[0016] S13：正方形栅格的中心作为该正方形栅格对应的轨迹点，则剩余巷道断面共有(A/D)×(B/D)个轨迹点，若正方形栅格内存在夹矸，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为障碍点，若正方形栅格内不存在夹矸，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为自由点；
[0017] S14：从左到右、自下而上沿S形路径给剩余巷道断面上所有的轨迹点依次标序号：1,2,3，…，(A/D)×(B/D)；
[0018] S2：将步骤S1中构建的环境模型植入到电控柜中并根据轨迹点序号设定初始截割路径，启动悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统，系统按照初始截割路径控制截割头进行掘进截割作业；在掘进截割作业过程中电控柜采集倾角传感器、角度传感器、压力传感器、振动加速度传感器、电流传感器的实时数据，电控柜中的控制器处理实时数据，通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf；
[0019] S3：若实时煤岩硬度Hf没有超过截割头的极限截割硬度Hs，悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统继续按照步骤S2中的初始截割路径进行掘进截割作业；若实时煤岩硬度Hf超过了截割头的极限截割硬度Hs，则控制器同时考虑掘进机的截割功耗和断面成形质量这两个优化目标，基于一种动态多目标蚁群算法重新规划截割头截割路径；
[0020] S4：控制器控制回转油缸组、升降油缸组驱动截割头按梯形速度运动。
[0021] 优选地，步骤S2通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf的方法如下：
[0022] S21：通过煤矿井下实测或者实验室台架测试获取截割头在不同摆动速度下截割不同硬度煤岩时悬臂大梁倾角、回转部件水平摆动角度、升降油缸组两腔压力、回转油缸组两腔压力、截割头振动信号、截割电机三相电流数据，并以此建立专家数据库；
[0023] S22：电控柜采集倾角传感器、角度传感器、压力传感器、振动加速度传感器、电流传感器的实时数据作为控制器模糊算法的输入，通过制定恰当的模糊规则，选择合适的隶属度函数，得到截割煤岩的煤岩硬度Hf。
[0024] 优选地，步骤S22中根据电控柜采集的实时数据的变化频率，选择不同数目的模糊规则。
[0025] 优选地，步骤S12中欠挖区域由后续的扫帮工序进行掘进。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0027] 本发明通过掘进截割作业过程中传感器的实时数据，自动识别夹矸等障碍物，一定程度上可以降低掘进机截割系统在大硬度煤岩超载荷下设备发生憋车死机、机体振动引起支撑腿不稳、液压系统冲击爆管等故障的概率，提高整机工作的稳定性和可靠性。本发明还针对煤巷悬臂式掘进机提出了一种动态多目标蚁群算法来优化截割路径，在截割功耗和断面成形质量两者之间作了折中优化，克服了以往只以截割路径长度作为单一优化目标的缺点，从而可以进一步地提高掘进机的工作效率，同时降低截割功耗。
附图说明
[0028] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
[0029] 图1为机械本体、检测控制系统示意图；
[0030] 图2为电液伺服驱动系统原理示意图；
[0031] 图3为二维栅格法构造矩形巷道断面环境模型示意图；
[0032] 图中：1‑1、平台；1‑2、回转支撑；1‑3、回转部件；1‑4、回转油缸组；1‑4‑1、第一回转油缸；1‑4‑2、第二回转油缸；1‑5、悬臂大梁；1‑6、截割电机；1‑7、截割头；1‑8、升降油缸组；1‑8‑1、第一升降油缸；1‑8‑2、第二升降油缸；2‑1、油箱；2‑2、吸油过滤器；2‑3、手动变量泵；
2‑4、单向阀；2‑5、蓄能器；2‑6、溢流阀；2‑7‑1、升降支路比例伺服阀；2‑7‑2、回转支路比例伺服阀；2‑8、液控单向阀；2‑9、回油过滤器；3‑1、倾角传感器；3‑2、角度传感器；3‑3、压力传感器；3‑4、振动加速度传感器；3‑5、电流传感器；3‑6、电控柜；4‑1、夹矸。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 如图1所示，一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统，包括掘进机机械本体、电液伺服驱动系统以及检测控制系统；掘进机机械本体包括设置于前端的截割头1‑7、控制截割头1‑7水平方向上转动的回转油缸组1‑4、控制截割头1‑7俯仰动作的升降油缸组1‑8；电液伺服驱动系统用于驱动回转油缸组1‑4、升降油缸组1‑8；检测控制系统根据检测信号控制回转油缸组1‑4、升降油缸组1‑8，回转油缸组1‑4包括第一回转油缸1‑4‑1和第二回转油缸1‑4‑2，升降油缸组1‑8包括第一升降油缸1‑8‑1和第二升降油缸1‑8‑2。
[0035] 掘进机机械本体包括平台1‑1，平台1‑1上方设有回转支撑1‑2，回转支撑1‑2上方设有回转部件1‑3，回转部件1‑3后端连接有回转油缸组1‑4，回转油缸组1‑4驱动回转部件1‑3绕回转支撑1‑2在水平方向上转动，回转部件1‑3前端铰接有悬臂大梁1‑5，悬臂大梁1‑5前端设有截割电机1‑6，截割电机1‑6的输出轴驱动连接有截割头1‑7；升降油缸组1‑8一端与回转部件1‑3铰接，另一端与悬臂大梁1‑5前端铰接。
[0036] 检测控制系统包括：设置于平台1‑1上的电控柜3‑6、设置于悬臂大梁1‑5上的倾角传感器3‑1，倾角传感器3‑1用于测量悬臂大梁1‑5升降时的倾角；设置于回转部件1‑3上的角度传感器3‑2，角度传感器3‑2用于测量回转部件1‑3水平摆动角度；设置于升降油缸组1‑8、回转油缸组1‑4中的压力传感器3‑3，压力传感器3‑3用于分别测量升降油缸组1‑8、回转油缸组1‑4的两腔压力；设置于悬臂大梁1‑5前端的振动加速度传感器3‑4，振动加速度传感器3‑4用于测量截割头1‑7振动信号；设置于截割电机1‑6上的电流传感器3‑5，电流传感器
3‑5用于测量截割电机1‑6三相电流；倾角传感器3‑1、角度传感器3‑2、压力传感器3‑3、振动加速度传感器3‑4、电流传感器3‑5与电控柜3‑6信号连接，电控柜3‑6与升降支路比例伺服阀2‑7‑1、回转支路比例伺服阀2‑7‑2控制连接。
[0037] 如图2所示，电液伺服驱动系统包括油箱2‑1、吸油过滤器2‑2、手动变量泵2‑3、单向阀2‑4、蓄能器2‑5、溢流阀2‑6、升降支路比例伺服阀2‑7‑1、回转支路比例伺服阀2‑7‑2、液控单向阀2‑8、回油过滤器2‑9，油箱2‑1依次通过吸油过滤器2‑2、手动变量泵2‑3与单向阀2‑4的进口连接，单向阀2‑4的出口分别与蓄能器2‑5、溢流阀2‑6的进口、升降支路比例伺服阀2‑7‑1的油口P、回转支路比例伺服阀2‑7‑2的油口P连接，溢流阀2‑6的出口与油箱2‑1连接，升降支路比例伺服阀2‑7‑1的油口A通过液控单向阀2‑8与升降油缸组1‑8的大腔连接，升降支路比例伺服阀2‑7‑1的油口B与升降油缸组1‑8的小腔连接，升降支路比例伺服阀2‑7‑1的油口T通过回油过滤器2‑9与油箱2‑1连接；回转支路比例伺服阀2‑7‑2的油口A与第一回转油缸1‑4‑1大腔、第二回转油缸1‑4‑2小腔连接，回转支路比例伺服阀2‑7‑2的油口B与第一回转油缸1‑4‑1小腔、第二回转油缸1‑4‑2大腔连接，回转支路比例伺服阀2‑7‑2的油口T通过回油过滤器2‑9与油箱2‑1连接。
[0038] 本发明还提供一种悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制方法,包括如下步骤：
[0039] S1：根据要成形的巷道断面类型和边界参数，采用二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型，如图3所示，二维栅格法对巷道工作断面构建环境模型的方法如下，本实施例中，截割头1‑7在巷道断面上的投影圆直径D为1m，剩余巷道断面宽度A为4m，剩余巷道断面高度B为4m：
[0040] S11：根据截割头1‑7在巷道断面上的投影圆直径1m，在巷道断面中从左到右依次间隔1m设置4条竖直分割线，在巷道断面中从下到上依次间隔1m设置4条水平分割线；
[0041] S12：最右侧竖直分割线右侧的区域与最上侧水平分割线上侧的区域作为欠挖区域排除，剩余巷道断面宽度为4m、剩余巷道断面高度为4m，4条竖直分割线与4条水平分割线将剩余巷道断面分割成若干边长为1m的正方形栅格，步骤S12中欠挖区域由后续的扫帮工序进行掘进；
[0042] S13：正方形栅格的中心作为该正方形栅格对应的轨迹点，则剩余巷道断面共有16个轨迹点，若正方形栅格内存在夹矸4‑1，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为障碍点，若正方形栅格内不存在夹矸4‑1，则定义该正方形栅格对应的轨迹点为自由点；
[0043] S14：从左到右、自下而上沿S形路径给剩余巷道断面上所有的轨迹点依次标序号：1,2,3，…，16，图3中，6号轨迹点为障碍点，其余轨迹点为自由点；
[0044] S2：将步骤S1中构建的环境模型植入到电控柜3‑6中并根据轨迹点序号设定初始截割路径1‑2‑3‑4‑5‑6‑7‑8‑9‑10‑11‑12‑13‑14‑15‑16，启动悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统，系统按照初始截割路径控制截割头1‑7进行掘进截割作业；在掘进截割作业过程中电控柜3‑6采集倾角传感器3‑1、角度传感器3‑2、压力传感器3‑3、振动加速度传感器3‑4、电流传感器3‑5的实时数据，电控柜3‑6中的控制器处理实时数据，通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf；
[0045] 步骤S2通过自适应模糊算法在线推理出实时煤岩硬度Hf的方法如下：
[0046] S21：通过煤矿井下实测或者实验室台架测试获取截割头1‑7在不同摆动速度下截割不同硬度煤岩时悬臂大梁1‑5倾角、回转部件1‑3水平摆动角度、升降油缸组1‑8两腔压力、回转油缸组1‑4两腔压力、截割头1‑7振动信号、截割电机1‑6三相电流数据，并以此建立专家数据库；
[0047] S22：电控柜3‑6采集倾角传感器3‑1、角度传感器3‑2、压力传感器3‑3、振动加速度传感器3‑4、电流传感器3‑5的实时数据作为控制器模糊算法的输入，通过制定恰当的模糊规则，选择合适的隶属度函数，得到截割煤岩的煤岩硬度Hf。步骤S22中根据电控柜3‑6采集的实时数据的变化频率，选择不同数目的模糊规则。具体地，当实时数据不发生大的变化时，表明煤岩层相对均质，为简化算法复杂程度，在不影响控制效果的前提下选择较少的模糊规则；当实时数据变化比较剧烈时，表明煤岩层硬度发生较大的变化，此时增加模糊规则数量，以提高算法精度；
[0048] S3：若实时煤岩硬度Hf没有超过截割头1‑7的极限截割硬度Hs，悬臂纵轴式掘进机自动断面成形控制系统继续按照步骤S2中的初始截割路径进行掘进截割作业；若实时煤岩硬度Hf超过了截割头1‑7的极限截割硬度Hs，则控制器同时考虑掘进机的截割功耗和断面成形质量这两个优化目标，基于一种动态多目标蚁群算法重新规划截割头1‑7截割路径；
[0049] S4：控制器控制回转油缸组1‑4、升降油缸组1‑8驱动截割头1‑7按梯形速度运动。
[0050] 具体地，当截割头1‑7沿初始截割路径运动到轨迹点6时遇到夹矸4‑1，此时电控柜3‑6中的控制器通过自适应模糊算法在线推理得到轨迹点6的煤岩硬度超过了截割头的极限截割硬度，控制器基于一种动态多目标蚁群算法重新规划截割头1‑7截割路径为5‑11‑7，如此便可绕开障碍点夹矸4‑1。
