盾构机土压平衡控制的优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种盾构机土压平衡控制的优化方法及装置，涉及盾构机技术领域，主要目的在于解决现有对密封舱土压平衡控制仅仅是通过对单变量采用不同的控制模型算法进行控制的问题。包括：将密封舱土压变化量分别与推进速度、螺旋输送机转速之间的关系进行时域频域转换处理，并结合滞后时间常数建立盾构机土压平衡控制预测函数控制器的预测模型；根据密封舱土压设定值确定所述预测模型运算后密封舱土压的输出参考轨迹；对所述平衡土压盾构机预测函数控制器中作为基函数的阶跃函数进行系数优化校正处理；依据所述预测模型运算后得到的密封舱土压与所述输出参考轨迹匹配时对应的滞后时间确定所述推进速度、所述螺旋输送机转速的最优控制量。

Optimization method and device of earth pressure balance control for shield machine

The invention discloses an optimization method and device for earth pressure balance control of shield machine, which relates to the technical field of shield machine. The main purpose is to solve the problem that the existing earth pressure balance control of sealed cabin is only controlled by adopting different control model algorithms for single variable. It includes: transforming the relationship between the change of the earth pressure in the sealed cabin and the speed of propulsion and screw conveyor in time domain and frequency domain respectively, and combining the lag time constant to establish the prediction model of the earth pressure balance control predictive function controller of the shield machine; determining the output reference track of the earth pressure in the sealed cabin after the calculation of the prediction model according to the set value of the earth pressure in the sealed cabin; and analyzing the balance soil In the predictive function controller of the shield machine, the step function as the basis function is used for coefficient optimization correction; according to the lag time corresponding to the matching of the earth pressure of the sealed cabin and the output reference track after the calculation of the predictive model, the optimal control quantity of the propulsion speed and the rotation speed of the screw conveyor is determined.

【技术实现步骤摘要】
盾构机土压平衡控制的优化方法及装置
本专利技术涉及一种盾构机
，特别是涉及一种盾构机土压平衡控制的优化方法及装置。
技术介绍
随着工业化、城市化进程不断加快，土压平衡盾构机已被广泛应用于软土地层的地下隧道建设。土压平衡盾构机在掘进过程中，主要通过调整螺旋输送机转速或推进速度来控制密封舱压力与前方的水土压力相平衡，从而保证施工开挖面的稳定。在盾构施工过程中，为了防止地表沉降所造成的灾难性事故，必须要维持密封舱内的土压平衡。目前，现有对密封舱土压平衡控制仅仅是通过对单变量采用不同的控制模型算法进行控制，且忽略了时滞对密封舱土压平衡控制效果的影响，降低盾构机土压平衡控制精度，影响掘进效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种盾构机土压平衡控制的优化方法及装置，主要目的在于解决现有对密封舱土压平衡控制仅仅是通过对单变量采用不同的控制模型算法进行控制，且忽略了时滞对密封舱土压平衡控制效果的影响的问题。依据本专利技术一个方面，提供了一种盾构机土压平衡控制的优化方法，包括：将密封舱土压变化量分别与推进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机土压平衡控制的优化方法，其特征在于，包括：/n将密封舱土压变化量分别与推进速度、螺旋输送机转速之间的关系进行时域频域转换处理，并结合滞后时间常数建立盾构机土压平衡控制预测函数控制器的预测模型；/n根据密封舱土压设定值确定所述预测模型运算后密封舱土压的输出参考轨迹；/n根据滚动优化方式对所述盾构机土压平衡控制预测函数控制器中作为基函数的阶跃函数进行系数优化校正处理，以使所述预测模型运算后得到的密封舱土压与所述输出参考轨迹匹配；/n依据所述预测模型运算后得到的密封舱土压与所述输出参考轨迹匹配时对应的滞后时间确定所述推进速度、所述螺旋输送机转速的最优控制量。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构机土压平衡控制的优化方法，其特征在于，包括：
将密封舱土压变化量分别与推进速度、螺旋输送机转速之间的关系进行时域频域转换处理，并结合滞后时间常数建立盾构机土压平衡控制预测函数控制器的预测模型；
根据密封舱土压设定值确定所述预测模型运算后密封舱土压的输出参考轨迹；
根据滚动优化方式对所述盾构机土压平衡控制预测函数控制器中作为基函数的阶跃函数进行系数优化校正处理，以使所述预测模型运算后得到的密封舱土压与所述输出参考轨迹匹配；
依据所述预测模型运算后得到的密封舱土压与所述输出参考轨迹匹配时对应的滞后时间确定所述推进速度、所述螺旋输送机转速的最优控制量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将密封舱土压变化量分别与推进速度、螺旋输送机转速之间的关系进行时域频域转换处理，并结合滞后时间常数建立盾构机土压平衡预测函数控制器的预测模型包括：
对利用密封舱进土压变化量在Δt时间内与推进速度、螺旋输送机转速的关系表达式进行时域频域转换处理，其中，所述关系表达式为所述Δpb是密封舱土压变化量，所述Et(k)是土体变形模量，所述A是盾构机横截面积，所述v是推进速度，所述As是螺旋输送机有效排土面积，所述ω是螺旋输送机转速，所述η是排土效率，所述Vc为密封舱的体积，所述h为螺旋输送机的螺距；
根据时域频域转换处理后结合滞后时间常数τ建立盾构机土压平衡预测函数控制器的预测模型，其中，所述预测模型为所述所述所述Tm为推进系统惯性时间，所述Tn为螺旋输送机系统惯性时间。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据密封舱土压设定值确定所述预测模型运算后密封舱土压的输出参考轨迹包括：
根据当前时刻的密封舱土压实际输出值、密封舱土压预测输出值建立所述预测模块的输出修正关系，并根据密封舱土压设定值及所述输出修正关系进行一阶指数处理，得到输出参考轨迹，其中，所述输出修正关系为所述输出参考轨迹为yr(k+i)＝yc(k+i)-λi[yc(k)-yp(k)]，所述e(k+i)＝yp(k)-ym(k)，所述yp(k)为当前时刻的密封舱土压实际输出值；ym(k)为当前时刻的密封舱土压预测输出值，所述yr为输出参考轨迹；yc为密封舱土压设定值；λ为柔化因子，Tr为输出参考轨迹时间常数。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据滚动优化方式对所述土压平衡盾构机预测函数控制器中作为基函数的阶跃函数进行系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宣宇，赵梓名，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21