基于OSA-CBM的盾构液压系统故障诊断方法研究

为了提高盾构液压系统的可靠性水平和智能化程度,根据基于状态维修的国际标准,本文阐述一种故障特征提取方法,即基于变量加权的有源自回归(variable-weighted-autoregressive exoge-nous,VW-ARX)。首先本文引入VW算法,对传统算法进行改进,并给出数学推导公式。接着以拼装机液压系统为仿真对象,从整体角度出发,讨论ARX模型的输入、输出变量。最后,给出四种故障状态,仿真结果显示改进算法比传统ARX更有效。

盾构液压系统状态预测

为了解决固定模型预测时变系统容易出现较大误差的问题,提出模型更新算法,即将移动窗算法与传统灰色预测模型相结合的方法.通过在建模序列中删除一部分旧数据、纳入一部分新数据的方式递推更新预测模型,并分解数学模型所涉及的关键量a、b从而简化递推数学公式;讨论移动窗长度对建模精度的影响;利用国家统计年鉴的统计数据验证上述方法的有效性.以盾构管片拼装机液压系统为例,为已知故障和测试故障样本数据分别建立变量加权的有源自回归模型,依次获得自回归系数用于特征提取,利用灰色综合关联度建立系统与已知状态的时间序列,通过仿真和实验,该模型更新算法实现液压系统的状态预测.结果表明,递推更新有助于传统灰色预测模型更切实反映液压系统状态的变化.

双模糊PID控制的盾构液压推进系统同步性能分析

结合盾构液压推进系统结构特点,在多领域仿真平台Dymola上构建盾构液压推进模型。考虑到掘进过程中负载的多变性,设计了双模糊PID控制器,与PID控制的盾构液压推进模型进行对比分析,在此基础上,利用并行同步控制和主从同步控制策略,研究了盾构液压推进系统的位移和压力跟踪特性。结果表明:启动阶段,双模糊PID控制的启动推进速度平缓稳定;负载或速度突变时,双模糊PID控制下的液压推进系统均可实现推进速度和压力稳定控制,且速度和压力波动远小于PID控制模型,具有较好的压力和速度复合控制能力。通过对比四分区盾构液压推进系统的位移和压力跟踪特性,最大负载突变时,并行同步控制的位移跟踪偏差为0.68 mm,主从同步控制时为0.39 mm,降低了42.6%。由此可得,基于双模糊PID控制的盾构液压推进系统,采用主从同步控制策略具有更好的位移跟踪性能,可提高推进系统的同步控制精度。

基于VW-FDA的盾构机液压系统故障诊断方法研究

盾构机规模庞大,施工过程中检测变量众多,液压系统故障易发。为了实现在线监测,提高液压系统故障诊断的准确性,探究与盾构机适应的快速准确有效的故障识别方法,提出使用加权因子与传统费歇尔判别法相结合的加权费歇尔判别法(Variable-Weighted-Fisher Discriminant Analysis,VW-FDA)。通过AMESim软件建立推进系统模型,仿真四类故障,运用仿真故障数据得到每一类故障的加权向量,建立VWFDA模型。结果表明:对于盾构机液压推进系统,VW-FDA比传统FDA具有更强的故障诊断能力,能够将故障信息进行有效的分类,正确地做出故障诊断。

盾构推进液压系统参数优化

以盾构推进液压系统为研究对象,运用CFD数值模拟方法以及代理模型技术,研究液压管道和阀体的结构对推进液压系统调速所引起的系统压力扰动的影响。以压力扰动幅值为优化目标,利用正交实验设计方法筛选主要影响参数作为设计变量。运用最优拉丁超立方法构建采样空间,选用支持向量回归(SVR),径向基函数(RBF),响应面(PRS),克里金(Kriging)4种方法构建代理模型,以多重确定系数(R2)为评价标准,选取样本点进行交叉验证,结果表明克里金模型的精度最高。应用克里金代理模型,采用模拟退火算法(ASA)求解模型全局最优解,研究结果表明基于代理模型优化后的压力扰动幅值明显降低,为盾构推进液压系统的设计提供了有效的参考。

Motion control of thrust system for shield tunneling machine

The thrust hydraulic system of the prototype shield machine with pressure and flow compound control scheme was introduced. The experimental system integrated with proportional valves for study was designed. Dynamics modeling of multi-cylinder thrust system and synchronous control design were accomplished. The simulation of the synchronization motion control system was completed in AMESim and Matlab/Simulink software environments. The experiment was conducted by means of master/slave PID with dead band compensating flow and conventional PID regulating pressure. The experimental results show that the proposed thrust hydraulic system and its control strategy can meet the requirements of tunneling in motion and posture control for the shield machine, keeping the non-synchronous error within ±3 mm.