盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中姿態(tài)的智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、伴隨著中國(guó)不斷加快的城市化進(jìn)程步伐,越來(lái)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(jìn)機(jī)在中國(guó)擁有廣闊的市場(chǎng)。然而,由于盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)入中國(guó)較晚,國(guó)內(nèi)對(duì)于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、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(jī)的自動(dòng)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(jìn)姿態(tài)的控制是保證工程進(jìn)度和施工質(zhì)量的關(guān)鍵,也是實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化、智能化和信息化施工的基礎(chǔ)?；谝陨媳尘?本文對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)

2、過(guò)程中姿態(tài)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,取得了一定的理論成果,尤其是對(duì)工程的應(yīng)用和推廣具有很高的實(shí)用價(jià)值。 本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下： 1、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)智能控制系統(tǒng)研究 首先對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì),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(dòng)測(cè)量,地質(zhì)情況探測(cè)于一體的盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前姿態(tài)和周圍地質(zhì)情況對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整、控制。

3、 研究、對(duì)比各種盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量方法,分析各自的特點(diǎn),提出將全站儀和陀螺儀兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)相結(jié)合,進(jìn)行組合測(cè)量,設(shè)計(jì)了以全站儀測(cè)量為主、以陀螺儀測(cè)量為輔、以全站儀數(shù)據(jù)補(bǔ)償陀螺儀數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量。 創(chuàng)造性的將探地雷達(dá)應(yīng)用于盾構(gòu)前向探測(cè),以獲取盾構(gòu)施工面前方的地質(zhì)情況,通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的改造及信號(hào)傳輸通道的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)雷達(dá)在盾構(gòu)刀盤上的安裝及探測(cè)信號(hào)在控制室電腦上的實(shí)時(shí)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(jìn)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)——液壓推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能,采用功率鍵合圖方法建立推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析其動(dòng)態(tài)特性和控制特點(diǎn),并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真研究。 2、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)模糊控制器研究 對(duì)影響盾構(gòu)姿態(tài)的各種因素及盾構(gòu)的糾偏原則進(jìn)行分析,研究盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的受力狀態(tài),推導(dǎo)計(jì)算在一定的地質(zhì)條件下盾構(gòu)克服各種阻力向前掘進(jìn)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(guò)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(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)模糊控制器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定控制器的輸入輸出變量,通過(guò)采用多個(gè)模糊控制器分級(jí)實(shí)現(xiàn)控制來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),減少控制規(guī)則的數(shù)量。 對(duì)模糊控制器進(jìn)行系統(tǒng)全面的設(shè)計(jì),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(jìn)行深入細(xì)致的研究。創(chuàng)建模糊控制查詢表,設(shè)計(jì)模糊控制算法程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的在線控制。 3、控

6、制系統(tǒng)的仿真研究 對(duì)系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)姿態(tài)的變化規(guī)律,分析其運(yùn)動(dòng)特性,并建立數(shù)學(xué)模型描述盾構(gòu)姿態(tài)變化過(guò)程,模擬被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。 分析采集的實(shí)際施工數(shù)據(jù),確定仿真過(guò)程中的相關(guān)參數(shù),利用Matlab對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真,驗(yàn)證系統(tǒng)的控制性能。通過(guò)改變參數(shù),研究不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 本文研究的盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)智能控制系統(tǒng),是建立在姿態(tài)自動(dòng)測(cè)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)