基于单神经元的盾构推进速度自适应PID控制

在分析单神经元PID特性的基础上,设计了基于单神经元的盾构推进液压系统速度自适应PID控制器。该控制器通过神经元自学习,可对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行在线调整,实现了盾构掘进机推进速度的自适应控制。仿真结果显示单神经元自适应PID控制器具有较强的鲁棒性,对盾构推进之类非线性过程具有较好的控制效果。

基于BP-PID控制器的盾构液压推进控制系统研究

为解决盾构在复杂地层施工时推进速度和压力难以控制的问题,在压力流量控制的基础上提出BP神经网络控制策略。通过AMESim建立推进系统物理模型,并利用Simulink设计出BP神经网络控制器,最后对系统进行联合仿真,分析推进系统液压缸在变流量和变负载工况下推进速度和压力的响应特性。仿真结果表明:该控制策略与常规PID控制相比,波动幅度降低,调节时间快。采用BP神经网络PID控制能够有效地提高盾构在负载突变情况下速度和压力控制精度,稳定性好、适应能力强,为盾构控制系统设计和优化提供理论参考。

盾构推进系统液压缸的同步协调控制

提出推进液压系统的同步控制策略,对区间的液压缸采用PID控制,仿真结果表明,PID控制能够满足区间控制的精度要求.针对现有的盾构推进系统分区控制区内液压缸压力同步的情况进行了仿真分析,提出流量同步的协调控制方法,仿真结果表明,流量同步控制可以把同步误差控制在3 mm内.最后对压力同步和流量同步的优劣性进行了比较,结果表明:压力同步在缓变负载下能保持优良特性,但对突变负载而言,其同步性受到很大的影响;流量同步对突变负载能够保持优良的特性,但有一定的能量损耗.

基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.

盾构推进系统分区性能分析的等效机构建模

推进系统是盾构重要组成部分,推进系统分区控制是实现盾构有效推进作业的核心手段。提出推进系统超冗余并联机构模型建立方法,将推进液压缸后端顶靴与隧道衬砌管片的直接接触关系等效为球副连接,将各推进液压缸支链均等效为球副—移动副—球副(SPS)支链,从而将推进系统整体上等效为具有与推进缸数目相同的SPS支链构成的并联机构。在此基础上,基于力合成原理,将液压缸相互连通的单个分区等效为一个推进缸,确定出该等效推进缸的铰链参数,建立起分区后的推进系统等效机构模型。再基于并联机构学理论,推导出推进系统分区等效机构的运动分析模型。四分区算例验证了用所提方法建模并分析推进系统分区性能的有效性。研究成果为盾构推进系统分区性能设计、评价和推进作业控制提供了有效理论和方法。

基于LabVIEW的盾构推进系统模糊PID控制

介绍了盾构推进液压系统的工作原理,并建立了推进液压缸的数学模型。利用LabVIEW提供的模糊逻辑工具箱设计了一种Fuzzy-PID控制算法。以LabVIEW为仿真平台,分别采用常规PID和模糊PID对系统进行了仿真分析,仿真结果表明该Fuzzy-PID控制器具有较强的抗干扰能力和鲁棒性,有较好的动、静控制精度。

斜井盾构推进系统的栽头调整能力研究

为降低斜井掘进过程中盾构推进系统在栽头调整上存在的主观性与不确定性,从地基沉降量的角度入手,提出栽头的沉降量描述,并基于温克尔弹性地基模型,建立斜井盾构栽头的沉降量描述模型。然后结合载荷对于栽头调整的影响,进一步建立用于描述斜井盾构推进系统栽头调整能力的数学模型,并给出其上下限值的计算条件。基于栽头调整能力的数学模型,以内蒙古新街台格庙煤矿斜井工程为背景,研究隧道设计坡角变化对栽头调整能力的影响。结果表明:1)随着下坡角度不断增大,推进系统的栽头调整能力的上下限不断下降; 2)随着下坡角度不断增大,盾构下滑力的迅速增长是造成推进系统栽头调整能力不断下降的主要原因。

基于AMESim和MATLAB的盾构推进液压系统仿真

根据AMES im和MATLAB软件各自的特点,采用了AMES im和MATLAB联合仿真的方法对盾构推进液压系统进行了仿真,并在控制仿真中采用了基于普通PID和模糊自整定PID的压力和速度复合比例控制,结果表明:系统稳态精度较高,调节时间短,超调小,可以克服非线性时变特性的影响。

EPB盾构机推进系统振动响应分析

盾构机推进系统可以看作一个振动系统,为了研究土压平衡式(earth pressure balance,EPB)盾构机推进系统对初始条件的振动响应,用模态迭加法推导了无阻尼系统对初始条件的振动响应计算公式,在此基础上考虑地基弹簧的影响建立了五自由度无阻尼EPB推进系统振动模型,并推导了该振动模型对初始条件的振动响应.分析算例振动响应得出了绕X轴和Y轴的初始角度对推进系统的姿态影响很大.当初始角度为1°时,盾构机推进系统就会发生高达27.53°的偏转,这样对盾构机姿态角的调整会产生很大的挑战,甚至会使盾构机偏离计划路线太多无法完成掘进工作.研究结果对工程上EPB盾构机掘进过程中姿态角调整具有一定理论指导意义.

盾构掘进机推进系统非线性PID控制仿真分析

给出了采用压力流量复合控制的盾构掘进机推进液压系统工作模型,对其中的比例调速阀和比例溢流阀在AMESim环境下进行了模型构建,并完成了阀基本参数的优化设计。采用一种简化的动态土体粘弹性模型模拟盾构实际推进过程中的复杂负载工况。引入一种采用偏差修正参数的非线性PID控制器并在Matlab/Simulink环境下建模。为充分发挥各软件的优势,通过AMESim与Simulink接口界面,实现了液压控制系统的联合仿真。仿真结果表明,与常规PID控制相比,非线性PID对盾构推进液压系统的控制效果更佳。

盾构掘进机推进液压系统压力流量复合控制分析

设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统，对液压缸进行了分组控制．分组中的压力传感器和位移传感器可实时检测液压缸的推进压力和推进位移，与比例溢流阀和比例调速阀构成闭环压力控制和闭环速度控制．利用AMESim和MATLAB／Simulink仿真软件对系统进行了动态仿真分析，采用模糊PID控制策略实现了推进压力和推进速度的实时仿真控制，并在模拟试验台上进行了实验分析．仿真和实验结果表明，所设计的推进液压系统能够满足推进过程中推进压力和推进速度的要求，同时通过实时调节推进速度在35mm／min进行推土控制，能较好地控制密封仓内土压力为0．018—0.028MPa，从而实现土压平衡．

盾构推进液压系统载荷顺应性指标和评价方法

针对盾构在极端地质环境中掘进时推进液压系统易遭受突变载荷的工程问题,提出盾构推进液压系统突变载荷顺应性的定义及其评价指标.描述推进液压系统突变载荷顺应机理,分析油液体积弹性模量、压力阀、管道及蓄能器4个关键因素对系统顺应性的影响规律.基于顺应指标形成面向特定地质环境的推进液压系统载荷顺应性评价方法,定量评价2类现有典型推进液压系统在给定地质条件下的突变载荷顺应性.结果表明,比例调速阀系统较比例减压阀系统具有更好的突变载荷顺应效果,可将顺应性从1.08提高至1.27.顺应性指标及其评价方法为基于顺应性的推进液压系统设计提供理论依据.

模拟盾构推进液压系统的设计和研究

盾构掘进机是一种隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。本文介绍了模拟盾构实验平台推进液压系统的设计方案,并用AMES im软件对所设计的系统进行了仿真分析。仿真和实验结果表明,所设计的推进液压系统能较好地对推进速度和推进压力进行控制,达到了预定的要求。

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明:基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。

模拟盾构机推进液压系统泵站集成设计

推进液压系统是盾构液压系统的重要组成部分。本文针对盾构模拟试验平台,介绍了推进液压系统的结构设计特点及其工作原理,采用Pro/E三维软件对主油路阀块、分组阀块以及泵站进行了集成设计,提高了设计效率,保证了设计的准确性及加工的便利。

盾构推进系统同步控制仿真与试验研究

阐述了盾构推进液压系统工作原理。采用AMESim和MATLAB仿真软件对推进液压系统同步协调控制进行了仿真分析,同时采用PLC编译了主从式同步PID控制程序,并在盾构模拟试验台上进行了同步推进试验研究,比较了两种不同负载下的同步试验情况。仿真和试验结果表明:采用主从式同步PID控制策略能够达到很好的同步效果,同步精度可达±3mm,能较好地满足盾构在不同地质情况下同步推进控制的基本要求。

盾构掘进机推进速度控制性能分析

在分析基于压力和速度复合控制原理的盾构掘进机推进液压系统基础上,以推进系统分区控制中的单组推进液压缸为控制对象,建立了速度控制的数学模型,并进行了相应的动态特性分析,进一步分析了液压油液体积弹性模量、系统总泄漏以及土质特性等内部和外部不确定因素对控制性能的影响。在模拟实验台上完成了模拟地面10m以下不同地质状况中的掘进实验。结果表明,采用比例调速阀和比例溢流阀分别构成推进速度和压力闭环控制的盾构掘进机推进系统能够消除推进遇到的各种不确定因素的影响,较好地完成不同地质条件下的掘进控制任务。

双护盾推进液压系统的设计与研究

推进系统是盾构掘进机的一个关键部分,承担着整个盾构机械掘进的关键性任务,其工作特性直接关系到盾构工程施工的正确性、可靠性和安全性。参考单护盾推进液压系统原理图,并根据双护盾推进液压系统特点,设计了双护盾推进液压系统,并分析和研究了其工作原理及其特点。

盾构推进液压系统控制分析

采用电液比例控制技术设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统。利用基于CC-Link现场总线的PLC控制实现了盾构推进液压系统速度和压力的协调控制,采用组态王软件开发的盾构推进液压监控系统实现了人机交互。推进液压系统在盾构模拟试验台上进行了实验分析,结果表明:所设计的推进电液控制系统能实时控制推进压力和推进速度,显著减少了速度压力调节的相互干涉,能较好地满足盾构在不同地质情况下推进控制的基本要求。

盾构推进系统设计

分析了盾构推进系统的设计需要满足的功能要求,对盾构设计推力进行了详细的计算,结合盾构的结构及尺寸,确定了推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量,分析了推进油缸的布置方式以及与管片间的匹配适应关系,阐述了盾构推进系统的控制。通过研究,掌握了盾构推进系统的设计方法,为盾构的施工提供参考。