针对目前巷道自动成形截割控制调试周期长、调试成本大、安全风险大、质量难以评价等问题，提出了一种数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法。首先通过采用基于即时外观建图（RTAP-MAP）技术重建巷道三维环境，构建掘进机控制系统模型，形成一个虚拟调试环境，并利用虚拟传感器技术实现物理空间到虚拟环境状态的精准映射。针对难以量化评估断面成形质量的问题，确立了巷道自动成形截割性能评价方法，以断面成形截割控制过程在数据传输中心的记录为基础，主要对断面成形精度、截割效率与油缸开关次数、硬岩切割调整、超挖欠挖4个评价指标进行计算，从而为深度学习算法的迭代优化提供精准反馈信号，并提出了一种融合强化学习的自动截割控制策略，以增强自动化作业的适应性和精确度。为验证该虚拟调试方法的有效性和准确性，搭建了掘进机自动控制实验平台，并将虚拟调试系统应用于掘进巷道成形截割自动控制程序中。虚拟仿真效果测试结果表明：① 被调试软件在控制关键点位处的X，Y，Z轴定位误差的最大值分别在74.8mm，72.93 mm，123.67 mm以内，说明虚拟调试方法的定位精度达到性能要求。② 虚拟样机与物理样机轨迹基本一致，说明该调试方法达成了对物理空间的映射。应用效果表明：① 强化学习控制器在虚拟掘进测试中适应了复杂环境，有效转化虚拟传感器输入为精准控制指令，验证了模拟-现实迁移训练的可行性。通过处理掘进精度和避免超欠挖的实时反馈，控制器学习并优化了策略。② 改进后的断面成形截割控制性能得到了提升，根据数据库中控制量时间戳的记录，用时126 s，较改进前耗时降低了8 s。③ 改进后截割部末端轨迹跟踪最大误差为5.9 mm，较改进前降低了0.3 mm，避免了截割轨迹抖动导致的欠挖，同时使得轨迹和断面更加平滑。

0 引言
1 巷道自动成形截割虚拟调试系统总体设计
1.1 需求分析
1.2 总体方案
2 虚拟调试环境DT模型构建
2.1 虚拟巷道重建方法
2.2 掘进机控制模型构建
2.2.1 掘进装备位姿描述与坐标转换
2.2.2 截割部正运动学求解
3 DT驱动的虚拟调试策略
3.1 虚拟传感器构建
3.2 断面成形截割性能评价方法
3.3 成形截割控制的二次强化学习训练
4 实验验证
4.1 虚拟仿真效果测试
4.2 应用效果验证
5 结论

张旭辉,刘彦徽,杨文娟,等.数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法研究[J/OL].工矿自动化,1-11[2024-07-26].https://doi.org/10.13272/j.issn.1671-251x.18186.