盾构推进姿态控制策略研究

为提高盾构施工过程中姿态控制系统的控制精度和控制性能，提出一种盾构推进姿态控制策略。该策略将轨迹自动跟踪控制方法与模糊自适应PID闭环控制算法相结合，通过轨迹、位移、压力等多个闭环反馈实现对各个分区液压缸的速度控制，保证盾构推进轨迹按照设计的隧道轴线运行，并通过电液控制试验平台中的推进系统对提出的策略进行试验验证。结果表明，文章提出的控制策略能够使位移偏差维持在5 mm之内，可以很好地满足施工要求。     

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。     

车辆前向仿真平台的开发设计

设计了一种基于模糊PID控制的车辆前向仿真平台.该平台的主要特点是采用模糊PID算法实现了对驾驶员模型的控制,模型的能量流与信息流均与实际车辆相同,并允许用户自行设计车辆及部件的仿真模型并添加到数据库中.实例分析表明,该平台的仿真精度高于传统的后向仿真平台精度.     

基于联合仿真的EHB系统轮缸压力模糊PID控制研究

在分析电子液压制动系统(EHB)工作原理的基础上,建立基于AMESim和Matlab/Simulink的EHB液压系统联合仿真平台,采用模糊PID控制方法实现了轮缸压力控制仿真,研究能跟随EHB系统目标控制压力的模糊PID控制策略。仿真分析结果表明,与传统PID控制方法相比,模糊PID控制方法可以快速、准确地实现轮缸压力控制。     

盾构刀盘驱动多电机同步控制策略研究

为了保障盾构刀盘驱动系统能够稳定运行,刀盘驱动电机之间的同步性能是一个关键因素。针对盾构电机数量多、结构复杂的特点,分析主从控制、并行同步控制和几种耦合控制在盾构驱动电机控制应用中的优缺点,说明并行同步在应用中的合理性;设计一种模糊PID智能控制算法,提出模糊PID控制器与并行同步控制结构相结合的盾构刀盘驱动多电机同步控制策略,应用Matlab/simulink进行建模仿真,对该控制策略和常规的PI控制进行仿真对比。结果证明:所提出的控制策略的动态响应快、实时性能好,在相同的负载突变状况下,该方法具有更强的鲁棒性,能更好地使多电机以设定速度同步运行。     

FSAC赛车轨迹跟踪协同控制策略研究

针对中国大学生方程式赛车 （FSAC） 在比赛中横向-纵向协同控制的轨迹跟踪精度和稳定性问题，根据现代控制理论和经典控制理论提出一种以纵向速度为结合点的线性二次控制器 （LQR） 和比例-积分-微分算法 （PID） 的横纵向协同控制策略，并根据赛车相对参考轨迹的位置设计了一种协同控制器。建立二自由度车辆动力学模型，基于该模型设计了横向LQR位置跟踪控制器和纵向PID速度跟踪控制器。所设计的控制策略在CarSim和Simulink搭建的循迹工况联合仿真场景下进行仿真验证，仿真结果为纵向位置偏差小于0.07 m，横向位置偏差小于0.03 m。对控制算法进行实车验证，结果表明，该策略有效提高了赛车的轨迹跟踪精度和行驶稳定性。     

盾构推进液压系统控制模式的分析比较

盾构为隧道施工的重大技术装备,推进系统性能的好坏直接影响盾构姿态、施工开挖隧道线路的精准度以及掘进速度。盾构在软弱地层的施工过程中,某些盾构容易出现姿态控制困难及"栽头"现象,文章通过对不同厂家推进系统控制模式进行研究及原因分析,从理论上与实际监测进行比较得出结论。就目前国内外盾构产品而言,推进液压系统控制模式主要有2种,比例压力流量复合控制方案和比例减压阀控制方案,通过AMESim仿真、理论分析,并结合现场的实际监测数据比较了2种控制模式下执行机构动态响应特性,从而对盾构的可操作性及姿态控制特性进行分析比较,以期对推进液压系统的设计及盾构的选型、使用有一定的参考价值。     

基于变论域模糊多参数自整定PID控制的智能挖掘机轨迹跟踪

智能液压挖掘机多用于特殊环境下的无人操纵施工。在执行诸如直线刮平、斜坡整平和定点挖掘等特定挖掘任务时,对智能挖掘机工作装置铲斗齿尖的轨迹规划和轨迹跟踪提出了较高要求。为此,针对智能挖掘机运动的控制问题,提出一种基于变论域模糊多参数自整定PID （Variable Universe Fuzzy Multi-parameter Self-tuning PID,VUFMS-PID）的轨迹跟踪控制策略。首先,在关节空间中通过三次非均匀有理B样条（Non-uniform Rational B-Splines,NURBS）曲线插补法完成直线刮平和定点挖掘轨迹规划,并得到工作装置挖掘作业时各关节角、角速度、角加速度位置序列。然后,综合考虑挖掘机非线性、时变性等特点,基于变论域思想,提出一种基于VUFMS-PID的轨迹跟踪控制方法。最后,基于AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真和硬件在环（Hardware-in-the-Loop,HiL）试验平台,对VUFMS-PID控制方法的有效性和先进性进行验证。研究结果表明：在铲斗齿尖运动过程中,规划轨迹平滑连续且变化幅值较小,规划轨迹与期望轨迹之间的误差较小;VUFMS-PID控制的响应速度和跟踪精度相较于传统PID控制与模糊PID控制有明显提升;在硬件在环试验分析中,提出的控制方法在跟踪直线刮平轨迹和定点挖掘轨迹时,能够将跟踪误差控制在20 mm以内,实现对规划轨迹的精确跟踪。     

车辆转弯制动横向轨迹控制驾驶员模型研究

为了较为真实地反映车辆转弯制动工况,建立了含Pacejka"魔术公式"非线性联合工况轮胎模型的4轮8自由度车辆系统模型,并基于预瞄跟随理论、加速度反馈控制和模糊PID控制技术建立了车辆转弯制动横向轨迹控制驾驶员模型。针对不同初始速度和制动强度,利用MATLAB/Simulink进行了横向轨迹控制仿真分析。分析结果表明,驾驶员控制模型能很好地跟踪横向轨迹,模型的可行性和有效性得到验证,同时不同仿真条件下结果的一致性也说明该控制方法具有较强的自适应能力和鲁棒性,为进一步研究复杂工况下的驾驶员模型及横向轨迹控制提供了一条可行的途径。     

基于自动深度学习盾构掘进姿态预测与控制

提出了基于自动深度学习（AutoDL）算法和多目标优化算法的结合可实现数据驱动的姿态偏差控制指导,用于盾构掘进姿态的预测与控制,以解决现有盾构掘进姿态预测中所面临的执行难度高、成本高、效率低等问题,可用于自动精准地预测盾构掘进姿态随着工程进展的动态变化趋势,并针对盾构机施工状态执行多目标优化算法,快速自动搜寻最优策略,实时调整合适的盾构操作参数,减少对于现场操作人员经验和主观判断的依赖。以上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程隧道A线工程为例,展示该算法框架的优越性。研究结果有助于降低深度学习进入盾构智能控制领域的门槛,推动智能盾构发展。     

小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。     

复合地层土压平衡盾构掘进参数模拟分析研究

复合地层特别是软硬交互地层的盾构掘进参数模拟与预测理论及方法研究,目前还处于薄弱阶段。基于Terzaghi松动土压力模型与CSM(科罗拉多矿业学院)模型,对广州地铁3号线大石—汉溪区间不同风化程度混合岩地层的土压平衡盾构掘进表现分别进行模拟分析,结果基本符合实际的掘进表现,但在贯入度大于20 mm/r的硬岩掘进情况下推力及扭矩模拟值与实际值存在较大正负差异。针对这种正负差异情况,分析可能产生的原因。通过对软硬交互复合地层的盾构受力分析,模拟计算在软硬地层各占50%情况下的推力与扭矩值,结果表明,总推力和扭矩的模拟值均在实际值范围内,验证了采用的综合考虑软土和硬岩模拟分析结果的复合地层掘进参数模拟分析方法的有效性。     

盾构水平姿态的理论分析模型

为解决盾构施工水平姿态控制难题，针对隧道掘进姿态调整主要依赖于经验关系和人为控制，而相关的理论分析较为欠缺的现状，基于二维盾体结构提出一种力学与水平姿态理论分析模型。在综合考虑地层参数、油缸推进力、地层反力、现场施工措施的基础上，将盾构姿态引入盾构水平受力平衡分析中，建立关于盾构水平姿态的理论模型。理论分析结果表明： 1）盾构姿态控制与分区压力密切相关，同时受土体刚度和总推力的影响； 2）通过与现场实测数据的对比分析，验证了理论模型的适用性； 3）该理论模型参数简单，易于验算，可实现较准确的姿态预测，为盾构姿态控制问题提供了有效的理论支撑和现实依据。     

石家庄轨道交通 1 号线地铁隧道管片拼装质量控制问题研讨

管片拼装质量是直接影响隧道最终质量的重要因素之一。在石家庄地铁盾构施工中,管片拼装过程会遇到管片破碎、错台错缝等典型问题,为严格控制管片拼装质量,以保证后期顺利通过隧道验收及地铁正常使用功能,结合现场施工分析问题的原因,并根据规范要求制定控制目标,针对典型问题制定了以下的对策和措施： 1）采用增减楔子环的方法逐渐调整盾构姿态,防止盾构姿态的突变; 2）通过控制盾构机千斤顶压力,并在管片间粘贴楔子确保管片环面平整。分析表明,采取上述措施可以很好地提高管片拼装质量。     

双护盾TBM掘进施工管片内表面裂缝成因分析

在某双护盾TBM隧洞施工过程中,侧管片内表面连续出现了贯穿管片宽度的裂缝。通过对施工现场详细观察,对裂缝的分布位置、数量、缝宽进行统计分析;结合裂缝观察方式、裂缝性状与TBM操作特点、围岩状况、地下水状况、管片结构、回填灌浆等情况,对裂缝成因进行了探讨和研究。认为TBM在软质地层掘进过程中主推油缸强行牵引及尾盾钢板约束是造成管片内表面裂缝的主要原因,最后,提出了降低或减少裂缝产生的建议与措施。     

地铁盾构机掘进实时姿态定向测量的研究

简明介绍了地铁建设中盾构机姿态定位测量方法,并结合南京地铁一号线某盾构区间隧道工程实际,着重分析了在对盾构推进过程中如何用棱镜法精确地确定盾构机的掘进方向和盾构机姿态问题,得出一些有益的结论,可供地铁隧道工程施工参考。     

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。     

电动助力转向系统控制的台架试验研究

提出了将基于模糊神经网络的PID控制策略用于电动助力转向系统中助力电机的控制。设计了电动助力转向试验台，并进行了电动助力转向系统的台架试验。试验结果证明，采用模糊神经网络控制器确定目标电流，并使用PID反馈控制器跟踪目标电流的控制策略是十分有效的，能显著提高汽车的转向轻便性和灵敏性。