土压平衡盾构机导向控制方法、装置及可读存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种土压平衡盾构机导向控制方法、装置及计算机可读存储介质。其中，方法包括基于样本数据训练用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF

【技术实现步骤摘要】
土压平衡盾构机导向控制方法、装置及可读存储介质


[0001]本申请涉及土压平衡盾构机控制
，特别是涉及一种土压平衡盾构机导向控制方法、装置及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]土压平衡盾构机为隧道掘进工程专用的大型综合施工设备，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量、纠偏等功能，是机、电、光、液多场强耦合的现代复杂机电系统，具有时变性、严重非线性、强耦合、大突变载荷、远距离传动等特点。土压平衡盾构机的推进系统承担着整个机器的掘进任务，完成土压平衡盾构机的转弯、曲线行进、纠偏以及姿态控制等功能，使得土压平衡盾构机能沿着事先设定好的路线前进，是土压平衡盾构机的关键系统之一。
[0003]土压平衡盾构机施工过程中，由于受施工环境和掘进机运行工况等不确定因素影响，机器不可避免地会发生实际运行路线与设计轴线偏差超过规范允许值的情况，若不采取必要措施，将会对建筑限界铺轨及设备安装等后续工作造成严重影响，甚至可能造成地面坍塌或隆起，引起重大事故，故为了保证隧道施工质量，需要高精度控制盾构推进位姿。
[0004]为了实现土压平衡盾构机高水平的实时姿态控制，除须具备高精度的盾构姿态测量手段外，如何实施高精度控制手段是保证土压平衡盾构机沿轴线掘进的关键。而针对具有时变性、非线性、强耦合、载荷突变的土压平衡盾构机导向系统，其运行参数会由于地质条件的改变而不同，因而难以准确地建立其机理数学模型，传统的控制方法很难在土压平衡盾构机的位姿控制中得到应用。
[0005]鉴于此，如何实现对土压平衡盾构机导向偏差的精准控制，以保证施工质量，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种土压平衡盾构机导向控制方法、装置及计算机可读存储介质，实现对土压平衡盾构机导向偏差的精准控制，可有效保障施工质量。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：
[0008]本专利技术实施例一方面提供了一种土压平衡盾构机导向控制方法，包括：
[0009]预先基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型；
[0010]将所述土压平衡盾构机的当前推进压力信息、当前推进速度信息和当前总推进力输入所述RBF
‑
ARX模型；
[0011]根据所述RBF
‑
ARX模型输出的盾首和盾尾的导向偏差信息控制所述土压平衡盾构机；其中，所述样本数据为在输入信号和输出信号采用不同采样周期下所采集的所述土压平衡盾构机的导向偏差数据和导向系统数据；所述RBF
‑
ARX模型利用高斯径向基函数网络拟合依存于系统状态的非线性带外生变量的自回归模型的回归系数。
[0012]可选的，所述基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型，包括：
[0013]基于带外生变量的自回归模型、采用推进油缸压力差值作为输入变量，推进速度平均值和总推进力作为可测干扰变量，盾首和盾尾垂直或水平导向偏差作为输出变量构建RBF
‑
ARX模型结构；
[0014]利用所述样本数据，通过极小化所述RBF
‑
ARX模型的预测输出与实际输出的误差平方和，并基于所述土压平衡盾构机导向系统动态响应模式约束来计算所述RBF
‑
ARX模型结构的最优参数；
[0015]基于所述RBF
‑
ARX模型结构的最优参数、并采用所述RBF
‑
ARX模型结构的赤池信息量准则值最小时对应的所述RBF
‑
ARX模型结构的阶次，得到所述RBF
‑
ARX模型。
[0016]可选的，所述基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型之前，还包括：
[0017]获取第一周期值和第二周期值，所述第一周期值大于所述第二周期值；
[0018]将所述第一周期值作为控制过程中导向偏差变量的采样周期；
[0019]将所述第二周期值作为推进油缸压力值、所述总推进力和所述推进速度平均值的采用周期。
[0020]可选的，所述RBF
‑
ARX模型结构为：
[0021][0022]其中，
[0023][0024][0025][0026][0027]W(t
‑
1)＝[w(t
‑
1)
T w(t
‑
2)
T
ꢀ…ꢀ
w(t
‑
n
w
)
T
]T
；
[0028][0029]式中，k为在所述输入信号的采样时刻，t＝k/T0为所述输出信号的采样时刻，y(k)＝[y1(k),y2(k)]T
为输出向量，y1(t)、y2(t)为盾首垂直或水平导向偏差信号；U为输入向量；D(k)＝[d1(k),d2(k)]T
为所述可测干扰变量，d1(k)是所述总推进力，d2(k)为所述推进速度平均值，T为矩阵转置；ξ(k)＝[e1(k),e2(k)]T
为建模误差信号，e1为y1(t)的建模误差，e2为y2(t)的建模误差；T0为y(k)的采样周期，T为U和D的采样周期，N＝T0/T为正整数；n
y
,n
u
,n
d
分别是输出向量、输入向量和可测干扰变量的阶次；f和g分别是U和D的纯滞后步数；h为所述高斯径向基函数网络的隐含层节点个数，n
w
为引起导向系统动态特性产生非线性变化的状态变量w的阶次；为所述RBF
‑
ARX模型的状态相依自回归系数矩阵，为其函数型元素；i1、j1、l1、i2、j2、l2、i3、j3、l3、p为相应变量的上下标，W(t
‑
1)为所述高斯径向基函数网络的状态向量，Center
p
为所述高斯径向基函数网络的中心，其中的元素center与W维数相同；分别为所述高斯径向基函数网络的权系数，γ
p
＞0，γ
p
为所述高斯径向基函数网络基函数的扩展系数。
[0030]可选的，所述基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型，包括：
[0031]将所述输出向量作为所述高斯径向基函数网络的状态向量；
[0032]基于所述样本数据，利用K
‑
means算法获取所述状态向量的多个聚类中心点，以作为所述RBF
‑
ARX模型结构中高斯径向基函数网络的中心；
[0033]其中，所述聚类中心点的个数根据所述高斯径向基函数网络的隐含层节点个数和引起导向系统动态特性产生非线性变化的状态变量的阶次确定。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土压平衡盾构机导向控制方法，其特征在于，包括：预先基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型；将所述土压平衡盾构机的当前推进压力信息、当前推进速度信息和当前总推进力输入所述RBF
‑
ARX模型；根据所述RBF
‑
ARX模型输出的盾首和盾尾的导向偏差信息控制所述土压平衡盾构机；其中，所述样本数据为在输入信号和输出信号采用不同采样周期下所采集的所述土压平衡盾构机的导向偏差数据和导向系统数据；所述RBF
‑
ARX模型利用高斯径向基函数网络拟合依存于系统状态的非线性带外生变量的自回归模型的回归系数。2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机导向控制方法，其特征在于，所述基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型，包括：基于带外生变量的自回归模型、采用推进油缸压力差值作为输入变量，推进速度平均值和总推进力作为可测干扰变量，盾首和盾尾垂直或水平导向偏差作为输出变量构建RBF
‑
ARX模型结构；利用所述样本数据，通过极小化所述RBF
‑
ARX模型的预测输出与实际输出的误差平方和，并基于所述土压平衡盾构机导向系统动态响应模式约束来计算所述RBF
‑
ARX模型结构的最优参数；基于所述RBF
‑
ARX模型结构的最优参数、并采用所述RBF
‑
ARX模型结构的赤池信息量准则值最小时对应的所述RBF
‑
ARX模型结构的阶次，得到所述RBF
‑
ARX模型。3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机导向控制方法，其特征在于，所述基于样本数据训练得到用于描述土压平衡盾构机的导向偏差动态特性的RBF
‑
ARX模型之前，还包括：获取第一周期值和第二周期值，所述第一周期值大于所述第二周期值；将所述第一周期值作为控制过程中导向偏差变量的采样周期；将所述第二周期值作为推进油缸压力值、所述总推进力和所述推进速度平均值的采用周期。4.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机导向控制方法，其特征在于，所述RBF
‑
ARX模型结构为：
其中，其中，其中，其中，其中，W(t
‑
1)＝[w(t
‑
1)
T w(t
‑
2)
T
ꢀ…ꢀ
w(t
‑
n
w
)
T
]
T
；式中，k为在所述输入信号的采样时刻，t＝k/T0为所述输出信号的采样时刻，y(k)＝[y1(k),y2(k)]
T
为输出向量，y1(t)、y2(t)为盾首垂直或水平导向偏差信号；U为输入向量；D(k)＝[d1(k),d2(k)]
T
为所述可测干扰变量，d1(k)是所述总推进力，d2(k)为所述推进速度平均值，T为矩阵转置；ξ(k)＝[e1(k),e2(k)]
T
为建模误差信号，e1为y1(t)的建模误差，e2为y2(t)的建模误差；T0为y(k)的采样周期，T为U和D的采样周期，N＝T0/T为正整数；n
y
,n
u
,n
d
分别是输出向量、输入向量和可测干扰变量的阶次；f和g分别是U和D的纯滞后步数；h为所述高斯径向基函数网络的隐含层节点个数，n
w
为引起导向系统动态特性产生非线性变化的状态变量w的阶次；为所述R...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，程永亮，蔡杰，彭辉，余顺彬，李荣伟，周再华，刘芳，陆建华，周冰鸽，周幸，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：