在煤矿综采工作面,液压支架的智能化感知技术对顶板及煤壁的安全控制、三机的协调运行及工作面的循环推进起着关键保障作用。综采过程中不可避免的产生底板、顶板的倾斜、顶板破碎以及周期性矿压等,导致支架很难达到理想的工作状态,在此复杂工况下极大的影响了液压支架的位姿状态,进而引起支架负载特性的变化,与此同时,高压力、大流量以及快速的供液环境使得执行元件摩擦作用进一步影响了液压支架的负载特性。因此,有必要综合考虑位姿特性、执行元件的摩擦特性以及负载特性的影响,对复杂工况下液压支架的位姿和负载耦合特性及感知方法进行研究,建立一种适用于复杂工况的集位姿与负载于一体的全面感知方法。本文以复杂工况下液压支架的位姿与负载耦合特性感知为研究目标,针对液压支架的位姿感知、执行元件摩擦特性感知以及耦合作用下液压支架的位姿与负载特性感知等技术进行了探讨,主要工作如下:提出了一种基于Denavit-Hartenberg（D-H）理论的液压支架位姿感知模型。推导了驱动空间、关节空间、监测空间以及位姿空间的映射关系,并基于Denavit-Hartenberg（DH）理论,建立了复杂工况下液压支架的位姿感知模型,实现了从驱动空间到位姿空间的转换。通过MATLAB语言完成了对支护高度、支架各关联机构位姿角的求解,并采用Alpha Shape理论获得了支架顶梁的边界轨迹。进一步分析了立柱和平衡千斤顶的工作长度对液压支架位姿特性的影响,阐明了液压支架的运动机理,探明了立柱和平衡千斤顶的工作长度对液压支架支护位姿的影响规律。提出了一种耦合位姿特性的液压支架负载特性感知模型。基于空间载荷对称理论,耦合位姿感知模型建立了液压支架的二维空间负载特性感知模型,深入探讨了立柱和平衡千斤顶工作长度对支架负载特性的作用机制,分析了顶梁-直接顶摩擦系数、立柱工作阻力以及平衡千斤顶工作阻力等因素对支架负载的影响机制,获得了液压支架顶梁、顶梁-掩护梁销轴处、前连杆、后连杆以及底座比压的负载特性,阐明了增大立柱和平衡千斤顶工作阻力有利于提高支架的负载性能,顶梁摩擦系数的增加在一定程度上也能提高顶梁的负载性能,指出立柱工作阻力是影响支架负载性能的关键因素。提出一种耦合位姿感知模型和负载特性感知模型的液压支架执行元件柱塞副的摩擦特性感知模型。为考虑执行元件内部摩擦对支架负载特性的影响,对液压支架执行元件的摩擦特性进行了研究。结合位姿感知模型与二维空间负载特性感知模型,基于高水基蕾形组合密封的摩擦特性,建立了考虑弹性流体动力理论和粗糙接触理论的摩擦特性感知模型,研究了不同工况对高水基蕾形组合密封的影响规律。定量分析了弹性元件的初始压缩率、流体压力、活塞杆速、润滑油黏度以及弹性元件表面粗糙度等多种因素对执行元件蕾形组合密封的摩擦作用机制,揭示了不同密封结构及工况对高水基蕾形组合密封柱塞副摩擦特性的影响机制,阐明了活塞杆速的增加有利于增大流体动压效果,降低摩擦力,同时高压介质、高压缩率和粗糙摩擦副均导致摩擦力上升,获得了一个高水基蕾形组合密封摩擦力的临界粗糙度。提出一种耦合位姿特性、负载特性以及执行元件柱塞副摩擦特性的液压支架三维空间耦合驱动、位姿与负载特性感知模型。基于空间载荷非对称理论,建立了考虑位姿感知模型、二维空间负载特性感知模型以及执行元件柱塞副摩擦特性感知模型的液压支架三维空间耦合驱动的位姿与负载特性感知模型,深入研究了沿支架长度和宽度方向的顶梁负载特性,分析了偏载对支架顶梁、顶梁-掩护梁销轴位置、前连杆、后连杆以及底座比压的影响机制,揭示了偏载工况对支架负载的作用机理,同时进一步探索了立柱和平衡千斤顶工作阻力对支架顶梁负载特性的影响规律,指出立柱工作阻力的增大缩短了立柱的有效工作区间,而增大平衡千斤顶工作阻力却与之相反。为验证本文建立的感知模型的可行性,自主研发了多功能液压支架试验系统,并基于Zig Bee技术,构建了单台液压支架的本安型无线传感网络,实现了液压支架位姿与负载的全面感知。该网络包括Zig Bee协调器、支架控制器、无线销轴传感器、无线压力传感器及无线倾角传感器。基于此多功能试验台开展了执行元件工作长度、底板和顶板倾角、顶梁加载位置以及供液压力对支架位姿与负载特性的试验研究。通过试验验证了该模型的可行性,为液压支架的智能化感知技术提供了参考。该论文较系统地研究了复杂工况下支架的位姿、执行元件柱塞副的摩擦力以及偏载工况对支架负载性能的影响机制,丰富和完善了液压支架位姿与负载特性的感知方法,实现了复杂工况下支架位姿与负载特性的全面感知,为液压支架的智能化感知提供理论支撑和技术指导。