盾構(gòu)掘進機掘進過程中姿態(tài)的智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、伴隨著中國不斷加快的城市化進程步伐,越來越多的城市開始利用盾構(gòu)法修建各類隧道和市政管道,盾構(gòu)掘進機在中國擁有廣闊的市場。然而,由于盾構(gòu)技術(shù)進入中國較晚,國內(nèi)對于盾構(gòu)掘進機的設(shè)計、制造、使用以及相關(guān)問題的研究總體上還處于較低水平,尤其是在盾構(gòu)機的自動控制和信息網(wǎng)絡(luò)化施工管理方面還有很多問題亟待研究和解決。其中,盾構(gòu)掘進姿態(tài)的控制是保證工程進度和施工質(zhì)量的關(guān)鍵,也是實現(xiàn)盾構(gòu)掘進機自動化、智能化和信息化施工的基礎(chǔ)?；谝陨媳尘?本文對盾構(gòu)掘進

2、過程中姿態(tài)的智能控制系統(tǒng)進行了深入系統(tǒng)的研究,取得了一定的理論成果,尤其是對工程的應(yīng)用和推廣具有很高的實用價值。 本文主要的研究內(nèi)容和成果如下： 1、盾構(gòu)掘進姿態(tài)智能控制系統(tǒng)研究 首先對盾構(gòu)掘進機掘進姿態(tài)智能控制系統(tǒng)進行總體設(shè)計,綜合利用多種新技術(shù)、新方法構(gòu)建了以模糊智能控制器為核心,集姿態(tài)自動測量,地質(zhì)情況探測于一體的盾構(gòu)掘進姿態(tài)智能控制系統(tǒng),實現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前姿態(tài)和周圍地質(zhì)情況對盾構(gòu)掘進姿態(tài)進行調(diào)整、控制。

3、 研究、對比各種盾構(gòu)姿態(tài)測量方法,分析各自的特點,提出將全站儀和陀螺儀兩個獨立的測量系統(tǒng)相結(jié)合,進行組合測量,設(shè)計了以全站儀測量為主、以陀螺儀測量為輔、以全站儀數(shù)據(jù)補償陀螺儀數(shù)據(jù)的自動測量系統(tǒng),實現(xiàn)對盾構(gòu)掘進姿態(tài)的實時、準確測量。 創(chuàng)造性的將探地雷達應(yīng)用于盾構(gòu)前向探測,以獲取盾構(gòu)施工面前方的地質(zhì)情況,通過對盾構(gòu)機的改造及信號傳輸通道的設(shè)計,實現(xiàn)雷達在盾構(gòu)刀盤上的安裝及探測信號在控制室電腦上的實時顯示,經(jīng)分析處理,提取地質(zhì)情況信息

4、,并與地質(zhì)鉆孔法獲得盾構(gòu)隧道任一水平距離的土層分布情況相結(jié)合。 分析、研究盾構(gòu)掘進機執(zhí)行機構(gòu)——液壓推進系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能,采用功率鍵合圖方法建立推進系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析其動態(tài)特性和控制特點,并對系統(tǒng)進行數(shù)值仿真研究。 2、盾構(gòu)掘進姿態(tài)模糊控制器研究 對影響盾構(gòu)姿態(tài)的各種因素及盾構(gòu)的糾偏原則進行分析,研究盾構(gòu)掘進過程中的受力狀態(tài),推導(dǎo)計算在一定的地質(zhì)條件下盾構(gòu)克服各種阻力向前掘進所需的預(yù)設(shè)推力。在深入分析盾構(gòu)姿態(tài)人

5、工控制過程的基礎(chǔ)上,引入模糊控制理論,分析模糊控制器的工作原理,對盾構(gòu)掘進姿態(tài)模糊控制器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,確定控制器的輸入輸出變量,通過采用多個模糊控制器分級實現(xiàn)控制來簡化結(jié)構(gòu),減少控制規(guī)則的數(shù)量。 對模糊控制器進行系統(tǒng)全面的設(shè)計,就輸入輸出變量的論域、量化因子和比例因子,模糊控制規(guī)則,模糊推理和判決方法,總控制量的結(jié)合方法等進行深入細致的研究。創(chuàng)建模糊控制查詢表,設(shè)計模糊控制算法程序,實現(xiàn)對盾構(gòu)掘進姿態(tài)的在線控制。 3、控

6、制系統(tǒng)的仿真研究 對系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,根據(jù)盾構(gòu)掘進時姿態(tài)的變化規(guī)律,分析其運動特性,并建立數(shù)學(xué)模型描述盾構(gòu)姿態(tài)變化過程,模擬被控對象的運動。 分析采集的實際施工數(shù)據(jù),確定仿真過程中的相關(guān)參數(shù),利用Matlab對盾構(gòu)掘進姿態(tài)控制系統(tǒng)進行數(shù)值仿真,驗證系統(tǒng)的控制性能。通過改變參數(shù),研究不同參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。 本文研究的盾構(gòu)掘進姿態(tài)智能控制系統(tǒng),是建立在姿態(tài)自動測量和地質(zhì)情況信息基礎(chǔ)上的全面的盾構(gòu)姿態(tài)控制系統(tǒng)