CN118167275B - 井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及速度控制技术领域，公开了井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法及系统，构建支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，为算法设置约束条件以及基础损失函数，并定义损失函数，最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度，通过算法对浅层钻孔的钻孔速度、深层钻孔的钻孔速度进行控制，依据不同深度的地层结构特点设置不同的钻进速度达到稳定钻进的目的。

Description

井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法及系统

技术领域

本发明涉及速度控制技术领域，尤其涉及井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法及系统。

背景技术

井下煤矿钻机作为煤矿开采过程中的关键设备，钻机机械手与钻杆和钻头连接，是驱动钻杆钻头稳定旋转的驱动部，其旋转的平稳性对于保证钻孔质量、提高钻进效率至关重要，在煤矿资源勘探领域钻孔技术也扮演着至关重要的作用。在实际作业过程中，井下地层结构比较复杂，煤层处于相邻岩石层之间，为了钻取不同深度的煤矿，需要连续钻破多层岩石层，由于不了解不同深度的岩石层在类型、厚度、硬度等方面的差异，机械手以一定的速度驱动钻杆钻进将会导致钻杆无法有效应对不同地层对钻杆产生不同的阻力，进一步地无法适应地层变化而发生损坏，降低钻进效率，具体地，在较软的地层中，高速钻孔可能导致钻头过早磨损或损坏；而在较硬的地层中，低速钻孔则可能导致钻进效率低下，甚至发生卡钻；不同地层对钻头的阻力不同，导致所需的钻进功率也不同，若一直以固定速度钻孔，导致能量消耗不合理，即在易钻地层中浪费能源，在难钻地层中则可能因功率不足而影响钻进速度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法及系统，以实现依据不同深度的地层结构特点设置不同的钻进速度，达到稳定钻进的目的。

本发明提供了井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，包括：

步骤S1，构建支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制；

步骤S2，为所述分段控制算法设置第一约束条件，为所述反馈控制算法设置第二约束条件；

所述第一约束条件为：；所述第二约束条件为：；

其中，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度下界，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度上界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度下界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度上界；

步骤S3，为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

步骤S4，根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

步骤S5，根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件的惩罚函数定义损失函数；

步骤S6，最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

步骤S7，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度。

进一步地，所述浅层钻孔深度为100m-500m，所述深层钻孔深度为500m-2000m。

进一步地，所述步骤S4中根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数，具体包括以下步骤：

步骤41，若预测的钻进速度超过第一约束条件的速度上界，和/或预测的钻进速度超过第二约束条件的速度上界，则设置超出上界惩罚公式；

步骤S42，若预测的钻进速度低于第一约束条件的速度下界，和/或预测的钻进速度低于第二约束条件的速度下界，则设置低于下界惩罚公式；

步骤S43，根据超出上界惩罚公式与低于下界惩罚公式得到第一约束条件和/或第二约束条件的惩罚函数+。

进一步地，所述超出上界惩罚公式：

；

式中，代表超出上界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度上界值，n代表预测值的数量。

进一步地，所述低于下界惩罚公式为：

；

式中，代表低于下界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度下界值，n代表预测值的数量。

进一步地，所述损失函数为：

；

式中，代表损失函数，代表第一基础损失函数，代表第二基础损失函数，代表超出上界惩罚公式，代表低于下界惩罚公式，和代表模型权重。

进一步地，所述步骤S1中所述分段控制算法用于对浅层钻孔速度进行控制，具体包括：根据所述浅层钻孔的速度和浅层钻孔地质信息将浅层钻孔划分为煤层接近层、主煤层、煤层下伏岩层三个阶段，所述分段控制算法将所述煤层接近层的钻孔速度控制为V₁，所述分段控制算法将所述主煤层的钻孔速度设置为V₂，所述分段控制算法将所述煤层下伏岩层的钻孔速度设置为V₃，V₂>V₁>V₃；

所述浅层钻孔地质信息通过所述浅层钻孔获取，所述浅层钻孔地质信息包括浅层钻孔地质类型、浅层钻孔地质硬度、浅层钻孔地质厚度。

进一步地，所述步骤S1中所述反馈控制算法用于对深层钻孔速度进行控制，具体包括：根据深层钻孔的速度和深层钻孔地质信息将深层钻孔划分为煤层接近层至浅层煤层、主煤层至深层煤层、煤层下伏岩层至终孔层三个阶段；所述反馈控制算法将煤层接近层至浅层煤的钻孔速度控制为V₄，所述反馈控制算法将主煤层至深层煤的钻孔速度控制为V₅，将反馈控制算法将煤层下伏岩层至终孔层的钻孔速度控制为V₆，V₅>V₄>V₆。

进一步地，所述深层钻孔地质信息通过所述深层钻孔获取，所述深层钻孔地质信息包括深层钻孔地质类型、深层钻孔地质硬度、深层钻孔地质厚度、深层钻孔地质压力、深层钻孔地质构造。

本发明还公开了井下煤矿钻机机械手平稳旋转系统，用于执行上述所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，包括以下模块：

支持向量回归模型：用于支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制；

约束条件设置模块：与支持向量回归模型连接，用于为分段控制算法设置第一约束条件，为反馈控制算法设置第二约束条件；

基础损失函数设置模块：与约束条件设置模块连接，用于为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

惩罚函数设置模块：与基础损失函数设置模块与约束条件设置模块连接，用于根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

损失函数定义模块：与惩罚函数设置模块和基础损失函数设置模块连接，用于根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件惩罚函数定义损失函数；

训练模块：与损失函数定义模块连接，用于最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

结果输出模块：与训练模块连接，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明将钻孔深度划分为浅层钻孔和深层钻孔，通过分段控制算法对浅层钻孔的钻孔速度进行控制，反馈控制算法对深层钻孔的钻孔速度进行控制，依据不同深度的地层结构特点设置不同的钻进速度，达到稳定钻进的目的，使其能够适应地层变化，降低钻杆钻进过程发生损坏的概率，减少能源浪费，从而提高钻进速度。

2、本发明分别为分段控制算法和反馈控制算法所要控制的速度范围设置约束条件，基于约束条件设置惩罚函数，将惩罚函数应用于模型的损失函数中，将误差调成最小，预测得到的速度值处于约束条件内，使得模型对钻进速度进行预测能够更加准确，模型对不同深度钻孔进行预测得到预测结果即为当前钻孔深度能够稳定旋转的钻进速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例1提供的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法的流程图；

图2是本发明实施例2提供的井下煤矿钻机机械手平稳旋转系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：图1是本发明实施例1提供的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法的流程图。具体包括：

步骤S1，构建支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，具体包括：根据所述浅层钻孔的速度和浅层钻孔地质信息将浅层钻孔划分为煤层接近层、主煤层、煤层下伏岩层三个阶段，所述分段控制算法将所述煤层接近层的钻孔速度控制为V₁，所述分段控制算法将所述主煤层的钻孔速度设置为V₂，所述分段控制算法将所述煤层下伏岩层的钻孔速度设置为V₃，由于煤层接近层逐渐接近煤层，地层中含有较多的岩石碎片或存在硬质夹层，为了保证钻杆的稳定旋转以及最大程度减少磨损，钻进速度应当设置适中，本实施例将煤层接近层的钻孔速度V₁控制为1.0~1.8m/min；大部分煤矿均贮存于主煤层，当钻杆进入主煤层后，主煤层煤质比较均匀，其内部含有夹矸，在煤层中钻进时，钻进速度应当保证稳定，避免过快导致煤样破碎，本实施例将主煤层的钻孔速度V₂控制为1.3~2.0m/min；主煤层下侧为岩石层，岩石层相较于煤层的硬度增大，钻进难度大，为了保证钻杆的钻进质量，本实施例将煤层下伏岩层的钻孔速度V₃控制为0.6~1.5m/min；因此，本实施例将浅层钻孔的钻进速度进行由大至小排列：V₂>V₁>V₃；

所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制，具体包括：根据深层钻孔的速度和深层钻孔地质信息将深层钻孔划分为煤层接近层至浅层煤层、主煤层至深层煤层、煤层下伏岩层至终孔层三个阶段；所述反馈控制算法将煤层接近层至浅层煤的钻孔速度控制为V₄，所述反馈控制算法将主煤层至深层煤的钻孔速度控制为V₅，将反馈控制算法将煤层下伏岩层至终孔层的钻孔速度控制为V₆，煤层接近层至浅层煤是指逐渐接近煤层开始进入煤层的浅层部分，地层中存在岩石碎片以及硬质夹层，为了保证钻杆稳定旋转，钻进速度应当适中，由于深层钻孔中的煤层接近层至浅层煤层与浅层钻孔中的煤层接近层类似，由于深层钻孔的深度较深不可控因素较多，本实施例将煤层接近层至浅层煤的钻孔速度相较于浅层钻孔煤层接近层的钻进低一些，将V₄控制为0.8~1.5m/min；主煤层至深层煤层的地层结构与浅层钻孔中的主煤层类似，煤质均较为均匀，其中含有夹矸，但是对于深层钻孔的地质条件比较复杂，本实施例将主煤层至深层煤层的钻孔速度相较于浅层钻孔主煤层的钻进低一些，将V₅控制为1.0~1.8m/min；煤层下伏岩层至终孔层中煤层下侧为岩石层并且接近钻孔的终止深度，硬度逐渐增加，钻进难度大，煤矿开采过程中进行岩层钻探或开采作业时，操作不当导致有毒气体的释放，对人体健康有害，甚至可能致命，为此此阶段的钻进速度应当减慢，本实施例将将V6控制为0.5~0.8m/min，因此，本实施例将深层钻孔的钻进速度进行由大至小排列：V₅>V₄>V₆；

其中，浅层钻孔和深层钻孔的划分依据根据钻机钻进速度对钻孔深度进行划分，进一步划分为深度钻孔和浅层钻孔；

具体地，首先，获取机械手钻进的钻孔深度与钻进速度，从钻机的控制系统上获取以往操作记录中不同地层结构的钻孔深度和钻孔速度，由传感器或测量设备收集原始数据，得到的数据存在噪声、误差或格式不一致等问题，因此需要进行数据预处理和分析，以提取出有用的信息，对于钻孔深度数据需要进行数据清洗、数据转换操作，目的在于去除异常值、重复数据等无效数据，将模拟信号转换为数字信号；对于钻进速度数据需要进行时间同步，确保钻进速度和对应时间戳匹配，对速度数据进行平滑处理，以减少噪声和波动，最后进行速度计算，根据采集到的钻进深度和时间数据，计算钻进速度；然后，根据上述获得的钻进速度对所述钻孔深度进行划分，包括浅层钻孔和深层钻孔；从钻孔深度来讲，浅层钻孔为钻孔深度在100m-500m之间的钻孔，用于浅层地质勘查便于后续的煤矿开采，而深层钻孔为钻孔深度在500m-2000m之间的钻孔，用于深层矿产资源勘探便于开采深层煤矿；对于地层结构变化而言，浅层钻孔的底层变化相对较小，地质条件相对简单，而深层钻孔地层结构复杂，包含不同硬度、不同特性的地层结构，地质条件也相对复杂，上述的复杂性不仅体现在地层的种类和特性上，还会受到高温高压等极端环境对钻进设备的影响，采用高速钻进容易发生地层坍塌、钻头卡住等风险，综上所述，浅层钻孔地层结构和深层钻孔地层结构在钻孔深度、地层变化、地质条件复杂性以及钻进风险等方面明显不同，为此本实施例将钻孔深度进行划分，不同深度的钻孔采用不同的钻进速度，保证机械手控制钻杆钻进过程能够平稳旋转；

另外，浅层钻孔地质信息和深层钻孔地质信息是通过钻孔速度来获取的，具体的，所述浅层钻孔地质信息通过所述浅层钻孔获取，所述浅层钻孔地质信息包括浅层钻孔地质类型、浅层钻孔地质硬度、浅层钻孔地质厚度；所述深层钻孔地质信息通过所述深层钻孔获取，所述深层钻孔地质信息包括深层钻孔地质类型、深层钻孔地质硬度、深层钻孔地质厚度、深层钻孔地质压力、深层钻孔地质构造。

步骤S2，为所述分段控制算法设置第一约束条件，为所述反馈控制算法设置第二约束条件；

所述第一约束条件为：；所述第二约束条件为：；

其中，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度下界，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度上界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度下界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度上界；

本实施例分别对分段控制算法和反馈控制算法设置约束条件，模型能够更准确地预测钻进速度的变化趋势，确保预测结果更加符合实际情况，而且，不同的钻进深度可能对钻进速度有不同的要求，通过设置速度的约束条件，根据需求调整预测结果，确保钻进速度符合钻进，以达到的钻进深度以及保持稳定的钻进速度。

步骤S3，为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

基础损失函数的设计是为了量化模型预测值与实际值之间的差距，通过最小化基础损失函数，算法能够不断调整模型参数，优化模型性能，使得预测结果更加接近真实情况；进一步地，对于分段控制算法，每个阶段均设置入口和出口点，并且能够独立执行，设置第一基础损失函数有助于确保每个阶段都能根据预设的目标进行精确的控制；反馈控制算法通过对误差信号进行处理并发送控制信号，使系统具有较好的鲁棒性，设置第二基础损失函数有助于反馈控制算法更精确地处理误差信号，从而面对不同地层结构时，第二基础损失函数可以提升输入的相应速度和跟踪精度。

步骤S4，根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

步骤S41，若预测的钻进速度超过第一约束条件的速度上界，和/或预测的钻进速度超过第二约束条件的速度上界，则设置超出上界惩罚公式；

；

式中，代表超出上界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度上界值，n代表预测值的最大数量；

步骤S42，若预测的钻进速度低于第一约束条件的速度下界，和/或预测的钻进速度低于第二约束条件的速度下界，则设置低于下界惩罚公式：

；

式中，代表低于下界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度下界值，n代表预测值的数量；

步骤S43，根据超出上界惩罚公式与低于下界惩罚公式得到第一约束条件和/或第二约束条件的惩罚函数+。

步骤S5，根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件的惩罚函数定义损失函数；

所述损失函数为：

；

式中，代表损失函数，代表第一基础损失函数，代表第二基础损失函数，代表超出上界惩罚公式，代表低于下界惩罚公式，和代表模型权重。

步骤S6，最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

本实施例以所述浅层钻孔、浅层钻孔速度、浅层钻孔地质信息以及深层钻孔、深层钻孔速度、深层钻孔地质信息作为训练集对支持向量回归模型进行训练，获得训练好的支持向量回归模型，同时最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小从而得到训练好的支持向量回归模型；

本实施例将基于第一约束条件和/或第二约束条件的惩罚函数加入损失函数中，当预测速度超出约束条件中速度上界和/或速度下界时给予一定惩罚，使得模型在训练过程中接近于约束条件，并尽量避免预测出违反约束的预测值，如果预测的速度违反了约束条件，惩罚函数的值增加导致总损失增加，因此在优化过程中，模型会努力找到一组参数，使得预测速度不仅尽可能接近实际速度，而且满足速度约束条件；

步骤S7，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度；

将待钻进的地层结构、钻孔地质信息、钻孔地质硬度、钻孔地质厚度、钻孔地质压力输入至训练好的支持向量回归模型，直接输出待钻进的每个地层的钻进速度。

实施例2：图2是本发明实施例2提供的井下煤矿钻机机械手平稳旋转系统的结构示意图。井下煤矿钻机机械手平稳旋转系统，用于执行实施例1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，包括以下模块：

支持向量回归模型：用于支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制；

约束条件设置模块：与支持向量回归模型连接，用于为分段控制算法设置第一约束条件，为反馈控制算法设置第二约束条件；

基础损失函数设置模块：与约束条件设置模块连接，用于为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

惩罚函数设置模块：与基础损失函数设置模块与约束条件设置模块连接，用于根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

损失函数定义模块：与惩罚函数设置模块和基础损失函数设置模块连接，用于根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件惩罚函数定义损失函数；

训练模块：与损失函数定义模块连接，用于最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

结果输出模块：与训练模块连接，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度。

实施例3：本实施例公开了一种电子设备，一种电子设备包括一个或多个处理器和存储器。

处理器可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所说明的本申请任意实施例的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如初始外参、阈值等各种内容。

在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。该输入装置可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置可以向外部输出各种信息，包括预警提示信息、制动力度等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本申请任意实施例所提供的一种井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本申请任意实施例所提供的一种井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (10)

1.井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，包括：

步骤S1，构建支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制；

步骤S2，为所述分段控制算法设置第一约束条件，为所述反馈控制算法设置第二约束条件；

所述第一约束条件为：；所述第二约束条件为：；

其中，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度下界，代表分段控制算法对浅层钻孔进行控制的速度上界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度下界，代表反馈控制算法对深层钻孔进行控制的速度上界；

步骤S3，为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

步骤S4，根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

步骤S5，根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件的惩罚函数定义损失函数；

步骤S6，最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

步骤S7，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度。

2.根据权利要求1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述浅层钻孔深度为100m-500m，所述深层钻孔深度为500m-2000m。

3.根据权利要求1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述步骤S4中根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数，具体包括以下步骤：

步骤S41，若预测的钻进速度超过第一约束条件的速度上界，和/或预测的钻进速度超过第二约束条件的速度上界，则设置超出上界惩罚公式；

步骤S42，若预测的钻进速度低于第一约束条件的速度下界，和/或预测的钻进速度低于第二约束条件的速度下界，则设置低于下界惩罚公式；

步骤S43，根据超出上界惩罚公式与低于下界惩罚公式得到第一约束条件和/或第二约束条件的惩罚函数+。

4.根据权利要求3所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述超出上界惩罚公式：

；

式中，代表超出上界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度上界值，n代表预测值的数量。

5.根据权利要求3所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述低于下界惩罚公式为：

；

式中，代表低于下界惩罚公式，代表第i个预测值，代表速度下界值，n代表预测值的数量。

6.根据权利要求1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述损失函数为：

；

式中，代表损失函数，代表第一基础损失函数，代表第二基础损失函数，代表超出上界惩罚公式，代表低于下界惩罚公式，和代表模型权重。

7.根据权利要求1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述步骤S1中所述分段控制算法用于对浅层钻孔速度进行控制，具体包括：根据浅层钻孔的速度和浅层钻孔地质信息将浅层钻孔划分为煤层接近层、主煤层、煤层下伏岩层三个阶段，所述分段控制算法将所述煤层接近层的钻孔速度控制为V₁，所述分段控制算法将所述主煤层的钻孔速度设置为V₂，所述分段控制算法将所述煤层下伏岩层的钻孔速度设置为V₃，V₂>V₁>V₃；

所述浅层钻孔地质信息通过所述浅层钻孔获取，所述浅层钻孔地质信息包括浅层钻孔地质类型、浅层钻孔地质硬度、浅层钻孔地质厚度。

8.根据权利要求1所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，所述步骤S1中所述反馈控制算法用于对深层钻孔速度进行控制，具体包括：根据深层钻孔的速度和深层钻孔地质信息将深层钻孔划分为煤层接近层至浅层煤层、主煤层至深层煤层、煤层下伏岩层至终孔层三个阶段；所述反馈控制算法将煤层接近层至浅层煤的钻孔速度控制为V₄，所述反馈控制算法将主煤层至深层煤的钻孔速度控制为V₅，将反馈控制算法将煤层下伏岩层至终孔层的钻孔速度控制为V₆，V₅>V₄>V₆。

9.根据权利要求8所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，

所述深层钻孔地质信息通过所述深层钻孔获取，所述深层钻孔地质信息包括深层钻孔地质类型、深层钻孔地质硬度、深层钻孔地质厚度、深层钻孔地质压力、深层钻孔地质构造。

10.井下煤矿钻机机械手平稳旋转系统，用于执行权利要求1-9任一所述的井下煤矿钻机机械手平稳旋转方法，其特征在于，包括以下模块：

支持向量回归模型：用于支持向量回归模型并嵌入分段控制算法和反馈控制算法，所述分段控制算法用于对浅层钻孔的速度进行控制，所述反馈控制算法用于对深层钻孔的速度进行控制；

约束条件设置模块：与支持向量回归模型连接，用于为分段控制算法设置第一约束条件，为反馈控制算法设置第二约束条件；

基础损失函数设置模块：与约束条件设置模块连接，用于为所述分段控制算法设置第一基础损失函数，为所述反馈控制算法设置第二基础损失函数；

惩罚函数设置模块：与基础损失函数设置模块与约束条件设置模块连接，用于根据所述第一约束条件和所述第二约束条件分别定义所述第一约束条件的惩罚函数以及所述第二约束条件的惩罚函数；

损失函数定义模块：与惩罚函数设置模块和基础损失函数设置模块连接，用于根据所述第一基础损失函数、所述第一约束条件的惩罚函数、第二基础损失函数、所述第二约束条件惩罚函数定义损失函数；

训练模块：与损失函数定义模块连接，用于最小化损失函数，使得实际钻进速度与预测的钻进速度之间的误差达到最小，以获得训练好的支持向量回归模型；

结果输出模块：与训练模块连接，将待钻进的实时数据输入至训练好的支持向量回归模型，输出钻进速度。