基于动力学模型的全断面竖井掘进机纠偏控制策略

针对全断面竖井掘进机施工过程中易出现钻进偏斜的问题,提出了一种基于动力学模型的纠偏控制策略(误差符号积分鲁棒控制器,RISE)。首先,根据掘进机的组成和工作原理,将三维掘进空间内的偏斜问题分解为两个垂直平面内的二维偏斜问题,并规划了偏斜状态下的纠偏方案;其次,采用拉格朗日能量法建立了考虑未知环境干扰的掘进机纠偏动力学模型,并基于该模型,设计了误差符号积分鲁棒控制器,运用李雅普诺夫方法对控制器的稳定性进行了验证;最后,选取了整个纠偏过程的一段轨迹,在MATLAB/Simulink平台上进行了建模仿真,对误差符号积分鲁棒控制器的控制效果进行了验证。仿真结果表明:相较比例-积分-微分(PID)控制器和反馈线性化控制器(FLC),误差符号积分鲁棒控制器最大纠偏角度跟踪误差分别降低了83.3%和68.6%,最大纠偏位移跟踪误差分别降低了86.8%和66.4%。研究结果表明,该纠偏控制策略具有较高的纠偏轨迹控制精度。