重载刮板输送机是煤矿综采工作面的核心运输装备,其运行工况复杂、载荷变化大、随机落煤导致的振动和冲击现象明显,容易发生卡链、断链等故障。链张紧系统是重载刮板输送机中唯一可以在不停机情况下调节伸缩机尾控制链条松紧的部分,是提高刮板链使用寿命和减少整机故障率的关键。受重型机尾摩擦力和多重外部干扰的影响,链张紧系统的传统控制方法不能适应随机落煤、煤块堵塞、煤壁塌落等复杂工况,而国内外对于该系统相关技术的研究并不成熟。因此,本文以重载刮板输送机链张紧系统为研究对象,结合液压传动、系统辨识算法、非线性控制等技术,分别开展了链张紧系统建模、摩擦补偿、负载自适应控制、安全跟踪控制方面的理论与试验研究,为实现重载刮板输送机链张紧系统在复杂工况下的稳定可靠运行提供重要理论支持与技术手段。主要研究内容包括以下几个部分:首先,介绍了本文研究的重载刮板输送机链张紧系统的组成和工作原理,结合系统工作方式和结构特点,基于悬链线理论和液压传动技术,分别建立了链张紧系统的伸缩机尾模型和阀控张紧液压缸模型;搭建了刮板输送机链张紧试验系统,辨识了系统模型参数,并通过仿真与试验着重研究了影响链张紧系统控制性能的主要因素,为后续刮板输送机链张紧系统自适应控制方法的理论与试验研究奠定了基础。其次,针对重型机尾摩擦力对链张紧系统控制性能的不利影响,分析了三种典型控制器的张紧力跟踪试验结果,揭示了链张紧系统摩擦补偿的关键速度区域;结合零速穿越窗口函数,建立了适合刮板输送机重型机尾的M-Lu Gre摩擦模型,减少了常规摩擦模型存在的零速振荡;考虑了复杂运行环境的不利影响,结合参数自适应和双观测器,提出了基于M-Lu Gre模型的摩擦补偿控制策略;对比了基于常规摩擦模型和改进摩擦模型的摩擦补偿控制效果,验证了提出的摩擦模型及补偿控制方法的有效性。再次,针对随机落煤下链张紧系统易受时变负载扰动的问题,提出了一个包含线性回归部分和非线性映射部分的张紧力模型,避免了原模型全参数的实时测量,有效反应了链条的柔性特点和时变负载的干扰;构建了李氏微分器和链轮负载扭矩观测器,扩展了控制器的输入变量,利用递归最小二乘法进行在线刚度辨识;采用神经自适应方法估计了时变负载引起的干扰项,结合指令滤波技术,提出了基于负载自适应的张紧力跟踪控制器,并验证了该控制器在不同强度负载干扰下的有效性。最后,针对异常工况下链张紧系统存在位置/速度超限的安全跟踪问题,设计了考虑异常载荷干扰的积分鲁棒位置保护控制器,引入了二进制切换变量,提出了张紧力跟踪控制器和位置保护控制器相结合的切换式安全跟踪控制策略,并考虑了异常工况下控制器切换瞬间存在的超调和振荡,根据链张紧系统的不同工作模式,制定了基于滞回原理的控制器安全切换规则,设计了适用于异常工况的机尾位置纠正轨迹;开展了链张紧系统切换式安全跟踪控制方法的试验研究,验证了该控制器在预张紧阶段、运行阶段、强干扰等工况下的有效性。