全斷面掘進(jìn)機(jī)位姿動(dòng)力學(xué)建模與軌跡糾偏控制.pdf

1、全斷面掘進(jìn)機(jī)（full face hard rock Tunnel Boring Machine，TBM）是大規(guī)模的現(xiàn)代化裝備，集電氣、液壓、機(jī)械、控制于一體，專門用于巖石環(huán)境狀況下的隧道挖掘。毫無疑問，硬巖掘進(jìn)機(jī)是目前為止最有希望以及最有競爭力的地下空間挖掘以及利用的方法。硬巖掘進(jìn)機(jī)具有開挖速度快、相對成本較低、安全性較高、可靠性高、對周圍環(huán)境影響小以及高度的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因此它變成了一個(gè)重要的地下隧道挖掘工具。但是，目前硬巖掘進(jìn)機(jī)在

2、施工過程中的操作，很大部分依賴于工程人員,存在效率低，誤差大等一些缺點(diǎn)。本文以硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中的軌跡控制為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，分析硬巖掘進(jìn)機(jī)的液壓推進(jìn)系統(tǒng)。液壓推進(jìn)系統(tǒng)承載著掘進(jìn)機(jī)過程中的推力，可以調(diào)整掘進(jìn)的軌跡與姿態(tài)。文中主要分析研究液壓推進(jìn)系統(tǒng)中的比例溢流閥、比例調(diào)速閥、液壓缸、以及等效負(fù)載的數(shù)學(xué)模型，建立了液壓推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并且在Matlab/Simulink中搭建了仿真模塊。同時(shí)由于液壓推

3、進(jìn)系統(tǒng)中存在的非線性問題，常規(guī)控制系統(tǒng)的效果不太理想，采用了模糊控制技術(shù)，解決了液壓推進(jìn)系統(tǒng)中的壓力速度混合控制問題。
　　然后，分析硬巖掘進(jìn)機(jī)的位姿動(dòng)態(tài)模型。硬巖掘進(jìn)機(jī)的位姿動(dòng)態(tài)模型，關(guān)系著硬巖掘進(jìn)機(jī)的軌跡糾偏。通過對硬巖掘進(jìn)機(jī)的分析，引入地理坐標(biāo)系與機(jī)身坐標(biāo)系，分別建立了硬巖掘進(jìn)機(jī)的加速度方程、動(dòng)量矩方程、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程以及姿態(tài)方程。由于位姿模型的非線性與復(fù)雜性，設(shè)定控制算法的時(shí)候?qū)δＰ瓦M(jìn)行了一定的簡化。采用最優(yōu)控制技術(shù)與 PID