基于等價輸入干擾方法的鉆孔機器人給進力跟蹤控制

李旺年，陸承達，張幼振，宋海濤，田盛楠，黃恒宇，陳略峰，吳 敏

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)自動化學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中煤科工西安研究院(集團)有限公司，陜西 西安 710077)

鉆孔機器人是一種特種作業(yè)機器人，可以在礦山、隧道、建筑等多領(lǐng)域完成各種鉆孔作業(yè)，具有廣泛的應(yīng)用前景[1-4]。目前，我國預(yù)防瓦斯災(zāi)害的主要手段是瓦斯抽采鉆孔機器人施工瓦斯抽采孔進行瓦斯預(yù)抽[5-7]。由于煤礦井下含煤地層地質(zhì)力學(xué)環(huán)境復(fù)雜，負載阻力一般都是隨機變化且難以準確測量的，因此，鉆進過程是一個非線性、時變和不確定的過程，容易引起鉆進參數(shù)的波動，造成給進系統(tǒng)運行狀態(tài)的不穩(wěn)定。

給進系統(tǒng)作為鉆孔機器人的主要執(zhí)行機構(gòu)，其給進力的穩(wěn)定跟蹤控制是鉆孔機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，對保證鉆孔機器人的工作性能和鉆孔的施工質(zhì)量及施工效率起著至關(guān)重要的作用。給進系統(tǒng)采用液壓給進，由液壓泵向液壓油缸提供高壓油，通過液壓油缸輸出給進力，再由中間傳動裝置(拖板)帶動連接在動力頭上的鉆具實現(xiàn)給進或起拔，其給進力大小由減壓閥控制，實現(xiàn)加壓或減壓鉆進。通過建立減壓閥出口壓力與預(yù)置閥門開度相關(guān)的機理模型，可以找出影響減壓閥工作特性的主要因素[8]；建立減壓閥的動態(tài)響應(yīng)數(shù)學(xué)模型，可以分析基礎(chǔ)振動幅值和頻率對減壓閥波動特性[9]；也有學(xué)者通過建立直動式比例減壓閥的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，研究PWM 控制信號諧波干擾信號、占空比突變及不同頻率的顫振信號對比例減壓閥控制品質(zhì)的影響[10]。此外，國內(nèi)很多學(xué)者針對比例閥門結(jié)構(gòu)原理及其閥門控制研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)[11-12]，針對比例閥的工作原理，將進口流量和給定壓力值，以給定電路作為控制輸入，建立了比例閥控制模型，該模型給煤礦坑道鉆進過程先導(dǎo)比例閥控制鉆進過程給定壓力提供了很好參考。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對鉆孔機器人的控制策略進行了研究，Guo Yinan 等[13]提出了一種基于圍巖感知的自適應(yīng)控制方法，通過實時鉆探數(shù)據(jù)獲得巖石硬度，推薦最佳設(shè)定值，提高了鉆機鉆進效率。趙超澤[14]綜合考慮了鉆機的給進系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，設(shè)計模糊控制器，根據(jù)回轉(zhuǎn)壓力及其變化率對給進壓力進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。王東升等[15]考慮鉆進過程中煤層硬度對回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的影響，通過調(diào)整給進壓力實現(xiàn)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)對巖層的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。A.K.A.Khaleel 等[16]以最佳的機械鉆速為優(yōu)化目標，通過優(yōu)化鉆壓和轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，提高了鉆機施工效率。

上述研究采用的PID 控制、模糊控制等方法，是通過鉆機的狀態(tài)來估計當前的鉆進工況，進而調(diào)整鉆機的給進力以克服地層的干擾，對鉆機的給進系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行控制的方法。這些方法在應(yīng)對非線性、不確定等復(fù)雜系統(tǒng)時存在一定的局限性。因此，研究一種新的控制方法，對提高鉆孔機器人的穩(wěn)定性和魯棒性，具有重要的意義。

等價輸入干擾方法是一種可以有效抵消外部干擾對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)魯棒性的方法[17]。本文基于等價輸入干擾方法，提出了一種鉆孔機器人給進力跟蹤控制策略。首先，基于鉆進過程分析，建立了鉆孔機器人給進系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型；隨后，基于等價輸入干擾方法的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計了鉆孔機器人的控制器，并與PID控制方法進行了對比仿真實驗；最后，對實驗結(jié)果進行了分析，證明了該方法的有效性和可行性。

1 鉆孔機器人鉆進過程分析

鉆孔機器人主要由給進系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、操縱臺、上桿機械手、補桿裝置、礦用隔爆兼本安型控制器、液壓泵站、冷卻系統(tǒng)、穩(wěn)固裝置和履帶車體等組成。

鉆孔機器人鉆進過程中，鉆進效率和鉆進安全是兩個首要考慮的因素。鉆進效率由鉆速決定，鉆進安全是指鉆孔機器人的給進力及回轉(zhuǎn)扭矩需隨鉆孔深度和地層情況的變化工作在額定工況內(nèi)。根據(jù)煤礦井下實際鉆進工藝的分析，給進力是決定鉆速的一個主要決策變量，鉆孔機器人根據(jù)鉆進工況及鉆進參數(shù)實時監(jiān)測，優(yōu)化出目標鉆速對應(yīng)的給進力值。在鉆進作業(yè)過程中，由控制器發(fā)出電流控制信號，改變減壓閥的閥門開度，調(diào)節(jié)給進油缸進油腔的壓力，實現(xiàn)給進系統(tǒng)輸出給進力的改變，進而由鉆桿和鉆頭傳遞動力，確保給進系統(tǒng)可以適應(yīng)煤層負載變化，實現(xiàn)安全高效鉆進。圖1 為鉆孔機器人進行瓦斯抽采孔施工的示意圖。

圖1 鉆孔機器人施工瓦斯抽采孔Fig.1 Gas extraction hole construction with drilling robot

2 給進系統(tǒng)建模

在復(fù)雜地質(zhì)工況鉆進時，對鉆孔機器人給進系統(tǒng)的沖擊較大，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此，需要對給進系統(tǒng)進行建模。鉆孔機器人給進系統(tǒng)的控制與執(zhí)行元件主要由減壓閥、液壓油缸和中間傳動裝置組成，液壓油缸輸出的給進力由減壓閥控制，在通過中間傳動裝置時產(chǎn)生能量消耗。因此，首先對減壓閥進行動態(tài)建模，明確給進力的驅(qū)動方式，然后對整個給進系統(tǒng)進行控制建模。

2.1 減壓閥動態(tài)建模

圖2 為減壓閥的物理結(jié)構(gòu)示意圖，在減壓閥動態(tài)控制閥門出口壓力的過程中，由于受到減壓閥彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)影響，閥門預(yù)置量x0和 出口流量Qout會影響減壓閥出口壓力pout的大小，加上鉆進過程負載(鉆柱系統(tǒng)鉆進地層產(chǎn)生的反作用力)影響，減壓閥出口壓力pout會產(chǎn)生波動。

圖2 減壓閥物理結(jié)構(gòu)Fig.2 Physical structure of pressure reducing valve

根據(jù)先導(dǎo)比例減壓閥工作原理，減壓閥動態(tài)運動時，電磁力驅(qū)動閥芯運動產(chǎn)生慣性力、摩擦阻尼力和彈簧彈性力，可以通過控制減壓閥的電流Im控制出口壓力pout大小。忽略閥芯自身質(zhì)量，減壓閥動態(tài)方程可以表示為[18]：

式中：m為 閥芯質(zhì)量；b為 閥芯黏性摩擦因數(shù)；x0為減壓閥彈簧預(yù)壓縮量；x為 閥芯位移(閥門開度)；k為彈簧剛度；ks為液動力彈簧剛度；Aout為 減壓閥閥芯底面積；Im為減壓閥電磁鐵電流；kI為電流-力比例增益系數(shù)。

減壓閥輸出壓力與進出口流量大小相關(guān)。動態(tài)過程中，受控腔的流量關(guān)系如下：

式中：V為減壓閥出口受控腔容積；E為油液的體積彈性模量；Qin為進入負載的流量。

此外，Qout可表示為：

式中：Cd為閥芯流量系數(shù)；D為閥芯通徑；ρ為油液密度。

由于減壓閥閥門出口流量、壓力為非線性函數(shù)，當閥門處于某平衡位置時，利用線性化公式可得：

式中：kQ為 流量增益；kc為流量-壓力系數(shù)；

因此，可以得到減壓閥出口壓力pout和閥芯位移x之間的關(guān)系

2.2 給進系統(tǒng)控制模型

鉆孔機器人給進系統(tǒng)中，減壓閥、液壓油缸以及中間傳動裝置屬于串聯(lián)關(guān)系，為了便于分析，先單獨分析各個模塊的力傳導(dǎo)問題，然后建立給進系統(tǒng)控制模型。

由于減壓閥模型中出口流量作為輸出會與狀態(tài)變量x之 間耦合，難以單獨從式(5)建立出口壓力pout與輸入電流Im之間的可控的狀態(tài)方程。選用傳遞函數(shù)可以將減壓閥的控制輸入和輸出進行分離，得到兩者之間的關(guān)系。因此，利用拉氏變換將輸入和輸出2 個變量分離出來。

將式(1)進行拉氏變換后為：

減壓閥運動是一個緩變的過程，彈簧產(chǎn)生的加速度很小，加上減壓閥質(zhì)量較小，因此，產(chǎn)生的慣性力與彈簧彈力和電磁力相比很??；電磁閥控制過程中初始彈簧力遠小于電磁力；為了控制需求，我們將彈簧產(chǎn)生的慣性力和彈簧預(yù)壓縮量產(chǎn)生的彈力忽略，可得：

將式(5)進行拉氏變換后為：

通過式(8)可得：

將式(9)代入式(7)中，可以將閥門開度消去

按照式(6)、式(8)、式(10)，可以畫出減壓閥電流控制傳遞函數(shù)方框圖，如圖3 所示。

圖3 減壓閥電流控制傳遞函數(shù)方框圖Fig.3 Transfer function for current control of pressure reducing valve

由傳遞函數(shù)方框圖(圖3)可以看出，給定電磁鐵電流Im(s)為可控制輸入量，減壓閥出口壓力pout(s)為控制輸出量，減壓閥閥門進口壓力pin(s)和流入負載流量Qin(s)為外部干擾量。與式(1)相比，減壓閥的控制量與外部干擾量被很好地分離。因此，當pin(s)=0，Qin(s)=0時，控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

令K0=k+ks，進而控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

獲得減壓閥的出口壓力以后，通過驅(qū)動液壓油缸帶動中間傳動裝置提供給進系統(tǒng)的給進力。然而，在液壓油缸驅(qū)動中間傳動裝置的過程中，伴隨著能量的損耗，給進系統(tǒng)提供的給進力會減小。本文以ZDY4500LFK 電控鉆機為例，計算其給進系統(tǒng)的傳動效率，從理論最大輸入進給力考慮給進系統(tǒng)的傳動效率[19]，其理論最大輸入給進力為：

式中：pmax為液壓油缸最大給進壓力(對應(yīng)減壓閥出口壓力pout最大值)；A2為液壓油缸有桿腔面積。

液壓油缸的最大輸出進給力Fmax可表示為：

式中：ηmax為液壓油缸的機械效率；p21為給進系統(tǒng)的回油背壓；A1為液壓油缸無桿腔面積。

然而，液壓油缸帶動中間傳動裝置(拖板)時會產(chǎn)生摩擦力：

式中：u0為 拖板與給進機身導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)；l為拖板長度；h1為動力頭中心距拖板與給進機身導(dǎo)軌接觸表面的距離；h2為給進油缸距拖板與給進機身導(dǎo)軌接觸表面的距離。

由此可計算得到給進系統(tǒng)的傳動效率η為：

通過ZDY4500LFK 電控鉆機參數(shù)計算得到，給進系統(tǒng)的理論傳動效率為77%，而鉆機實測得到的傳動效率為76%，兩者很接近。

因此，在鉆孔機器人鉆進過程中，考慮給進系統(tǒng)的傳動效率因素，可以得到給進系統(tǒng)控制模型的傳遞函數(shù)F(s)為：

3 給進力跟蹤控制問題

鉆孔機器人鉆進過程中是通過控制減壓閥電流來改變減壓閥閥門開度，調(diào)整減壓閥出口壓力(油壓)，即給進系統(tǒng)液壓油缸的進油腔壓力。在實際給進系統(tǒng)中，減壓閥出口壓力可以測量，從而通過液壓油缸和中間傳動裝置可以計算得到孔口實際給進力。

此外，鉆柱在鉆進過程中受到給進力和負載擾動的共同作用，由于傳感器受限等原因，給進系統(tǒng)的狀態(tài)無法直接測量，不能通過狀態(tài)反饋進行擾動抑制。

因此，通過孔口實際給進力和控制輸入量建立觀測器來重構(gòu)給進系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)計基于等價輸入干擾方法的鉆孔機器人給進力跟蹤控制策略。

如圖4 所示，鉆孔機器人給進力跟蹤控制系統(tǒng)由給進系統(tǒng)、內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器、狀態(tài)觀測器和等價輸入干擾(Equivalent-Input-Disturbance，EID)估計器組成。系統(tǒng)的外環(huán)由內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器和給進系統(tǒng)構(gòu)成，實現(xiàn)對孔口推薦給進力的跟蹤控制；系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)由給進系統(tǒng)、狀態(tài)觀測器和等價輸入干擾估計器組成，實現(xiàn)對給進系統(tǒng)所受負載擾動的抑制。具體內(nèi)部模型用于跟蹤參考信號，狀態(tài)反饋控制器用于系統(tǒng)鎮(zhèn)定，狀態(tài)觀測器用于重構(gòu)給進系統(tǒng)的狀態(tài)，EID 估計器用于補償給進系統(tǒng)所受的總擾動。

圖4 鉆孔機器人給進力跟蹤控制系統(tǒng)Fig.4 Force tracking control system of drilling robot

3.1 控制系統(tǒng)描述

內(nèi)部模型用于精確跟蹤參考輸入，關(guān)系式為：

式中：xr(t)為 內(nèi)部模型的狀態(tài)；e(t)=r(t)-y?(t)為跟蹤誤差。當參考輸入r(t)精 確已知時，參數(shù)Ar和Br可直接確定。

由于孔口實際給進力無法測量，使用Luenberger全維狀態(tài)觀測器，重構(gòu)被控對象的狀態(tài)。

式中：(t)為 系統(tǒng)的觀測狀態(tài)；uf(t)為 狀態(tài)反饋；L為待設(shè)計的觀測器增益；y?(t)為觀測器的輸出。

狀態(tài)反饋控制律設(shè)計為：

式中：Kr與Kc為狀態(tài)反饋控制器增益。

考慮到被控對象存在負載擾動，建立基于估計與補償?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高精度的給進力跟蹤控制。

3.2 基于等價輸入干擾方法的控制結(jié)構(gòu)

首先闡述EID 的存在性[20]。

定義1：令控制輸入u(t)=0，并且初始狀態(tài)滿足x(0)=xo(t)。如果對于 ?t≥0，被控對象的輸出y(t)和yo(t)滿足y(t)≡yo(t)，則擾動de(t)稱為擾動d(t)的等價輸入干擾。

根據(jù)穩(wěn)定逆的概念，給出等價輸入干擾存在性的定義。

定義2：在擾動d(t)的作用下，如果系統(tǒng)輸出yo(t)滿足yo(t)∈Φ，則在被控對象的輸入端存在擾動d(t)的等價輸入干擾de(t)，并且de(t)∈Φ，集合 Φ定義為

式中：αi(t)為時間t的多項式函數(shù)；ωi(≥0)和φi為常量，i=1,2,···,n。

根據(jù)EID 的定義，被控對象式(18)改寫為：

根據(jù)文獻[21]，構(gòu)建EID 估計值如下：

由于估計的擾動容易受到輸出測量噪聲的影響，使用一階低通濾波器B(s)限制擾動估計的帶寬，即擾動估計為：

低通濾波器B(s)的狀態(tài)空間方程為：

式中：xf(t)為低通濾波器B(s)的狀態(tài)；(t)為濾波后的擾動估計值。通常低通濾波器的截止頻率ωf大于擾動最高頻率ωd的5～10 倍。

得到最終系統(tǒng)的控制輸入。

鉆機給進力跟蹤控制問題描述為：基于減壓閥的運動模型(式(18))，設(shè)計狀態(tài)反饋控制器 {Kr,Kc}、狀態(tài)觀測器增益L和EID 估計器增益Kp，使系統(tǒng)在控制律(式(27))的作用下穩(wěn)定，同時具有滿意的跟蹤與擾動抑制性能。

4 控制器設(shè)計與優(yōu)化

為了簡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，考慮外部信號r(t)=0，d(t)=0 。定義xe(t)=x(t)-x?(t)為狀態(tài)觀測誤差，由式(19)、式(20)、式(23)、式(26)和式(27)得到閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程如下：

控制器的設(shè)計分為兩個步驟：首先假設(shè)外部干擾全部由內(nèi)環(huán)的EID 估計器補償，進行狀態(tài)反饋控制器{Kr,Kc}的設(shè)計；然后，根據(jù)設(shè)計好的狀態(tài)反饋控制器，進行狀態(tài)觀測器L和EID 估計器Ke的設(shè)計。

4.1 狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計

為考慮負載擾動全部由系統(tǒng)內(nèi)環(huán)的EID 估計器補償，建立外環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程：

式中：

則外環(huán)系統(tǒng)(式(29))漸近穩(wěn)定，并且狀態(tài)反饋控制器增益為：

證明：參照文獻[22](定理3.1)的證明。

4.2 閉環(huán)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定

則閉環(huán)系統(tǒng)(式(28))漸近穩(wěn)定，并且狀態(tài)觀測器增益和EID 估計器增益為

證明：參照文獻[22](定理3.2)的證明。

4.3 步驟設(shè)計與優(yōu)化

5 仿真驗證

鉆孔機器人減壓閥模型仿真參數(shù)見表1。

表1 減壓閥模型仿真參數(shù)Table 1 Simulation parameter of pressure reducing valve model

根據(jù)表1 所給參數(shù)，得到仿真模型如下：

為了確保煤礦井下工作面安全回采，某煤礦井下設(shè)計了孔深60～120 m 的工作面順層孔用以預(yù)抽工作面瓦斯。在施工過程中，使用ZDY4500LFK 電控鉆機采用加壓鉆進方式進行施工，給進壓力由減壓閥進行實時控制。本文以其中一個鉆孔為例，鉆孔設(shè)計方位189.1°，傾角-11.5°，由于煤層較軟，鉆進過程中實測給進壓力為1～2 MPa。為了驗證所提方法在煤礦井下鉆進過程控制中的適用性，因此，選擇的輸入?yún)?shù)和干擾函數(shù)根據(jù)鉆進過程的實際情況確定。

在某煤礦井下回風(fēng)巷碎軟煤層實際鉆進施工時，給進力為5～7 kN，因此，給定參考信號：

選擇Ar=-0.001，Br=1。

實測給進壓力擬合曲線如圖5 所示，經(jīng)過計算得到，現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù)在擬合曲線10%上下波動，數(shù)據(jù)波動主要由外部干擾引起，因此，將此波動幅值比例作為給定擾動信號的幅值比例。

圖5 減壓閥閥門出口壓力現(xiàn)場數(shù)據(jù)擬合曲線Fig.5 Field data fitting curve for outlet pressure of pressure reducing valve

因此，設(shè)計給定擾動信號為：

選擇低通濾波器

從而，Af=-101,Bf=100,Cf=1。

5.1 設(shè)計與仿真

設(shè)計調(diào)節(jié)參數(shù)，α=1，β=1×10-24，δ=1×10-1，γ=1，μ=1×10-4，ε=1，得到控制器如下：

圖6 所示為基于等價輸入干擾方法的鉆孔機器人給進系統(tǒng)控制結(jié)果，可以看出，所提方法保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，且實現(xiàn)了較好的跟蹤與擾動抑制性能。由圖7 可知，穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的峰峰值為 4×10-5kN，穩(wěn)態(tài)擾動估計誤差的峰峰值為0.1 mA。

圖6 鉆孔機器人給進系統(tǒng)給進力跟蹤控制結(jié)果Fig.6 Force tracking control results of drilling robot feed system

圖7 鉆孔機器人給進系統(tǒng)跟蹤誤差與擾動抑制誤差Fig.7 Tracking error and disturbance suppression error of drilling robot feed system

5.2 與PID 控制方法的對比

在給進系統(tǒng)使用PID 控制器鎮(zhèn)定系統(tǒng)，PID 控制器設(shè)計如下：

為了獲得相同的控制輸入，取PID 控制器的增益分別為：KP=1×10-5,KI=1×10-4,KD=1×10-9。

圖8 所示為所提控制方法與PID 控制方法的對比結(jié)果。在瞬態(tài)時，PID 控制器實現(xiàn)了更快速地跟蹤參考信號，但其使用了一個較大的控制力，這在實際中容易造成執(zhí)行器飽和等現(xiàn)象。PID 控制器是單自由度控制方法，在未施加干擾時實現(xiàn)了令人滿意的跟蹤性能，然而其不具備擾動估計與補償?shù)墓δ?，因此，PID控制器的擾動抑制性能受限。與PID 控制器相比，所提方法基于擾動估計與補償?shù)亩杂啥瓤刂平Y(jié)構(gòu)獲得了較好的控制性能。

圖8 與PID 控制方法的給進系統(tǒng)給進力跟蹤控制對比結(jié)果Fig.8 Comparison results of Force tracking control of feed system with PID control method

由圖9 及其放大圖可知，在穩(wěn)態(tài)時(10～30 s，30～40 s，40～50 s)跟蹤誤差為0.4 kN，比所提方法大104倍，因此，所提方法具有更好的跟蹤與擾動估計性能。

圖9 與PID 控制方法的給進系統(tǒng)跟蹤誤差對比結(jié)果Fig.9 Comparison results of tracking error of the feed system with PID control method

選取積分平方誤差(Integrated Square Error,ISE)、時間乘絕對誤差積分準則(Integrated Time and Absolute Error,ITAE)和均方根誤差(Root Mean Square Value,RMSE)量化所提控制方法的性能。

由表2 中的數(shù)據(jù)可知，所提EID 控制方法的跟蹤誤差更小，可以有效解決煤礦井下復(fù)雜地層不確定性擾動影響鉆孔機器人工作性能和鉆孔施工質(zhì)量及效率的問題。

表2 EID 與PID 控制方法的誤差數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of error data of EID and PID control methods kN

6 結(jié)論

a.根據(jù)鉆孔機器人的鉆進施工工藝，基于電液先導(dǎo)比例減壓閥的工作原理，建立了減壓閥的運動控制數(shù)學(xué)模型，得到了控制輸入量電流和控制輸出量減壓閥出口壓力的映射關(guān)系，并在明確給進力驅(qū)動方式的基礎(chǔ)上對整個給進系統(tǒng)進行了控制建模。

b.提出基于等價輸入干擾方法的鉆孔機器人給進力跟蹤控制策略，建立基于等價輸入干擾估計與補償?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，設(shè)計狀態(tài)反饋控制器、狀態(tài)觀測器和等價輸入干擾估計器增益，使系統(tǒng)具有較好的跟蹤與擾動抑制功能。

c.利用Matlab 軟件數(shù)值仿真研究可知，所提方法穩(wěn)態(tài)時跟蹤誤差為 4×10-5kN，擾動估計誤差為0.1 mA，研究結(jié)果對提高鉆孔機器人適應(yīng)復(fù)雜煤層負載變化，保證其工作性能和安全高效施工提供了控制理論基礎(chǔ)。通過仿真說明所提方法能夠使鉆孔機器人的給進系統(tǒng)實現(xiàn)給進力的較好的跟蹤性能，下一步將結(jié)合現(xiàn)場實際對所提方法開展工程應(yīng)用研究。