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隧道建设(中英文) ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (7): 608-613.DOI: 10.3973/j.issn.1672-741X.2014.07.002

• 研究与探索 • 上一篇    下一篇

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

龚国芳1, 洪开荣2, 3, 周天宇1, 侯典清1, 王林涛1   

  1. (1.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室, 浙江杭州 310027; 2.中铁隧道集团有限公司, 河南洛阳 471009; 3.盾构及掘进技术国家重点实验室, 河南郑州 450001)
  • 收稿日期:2014-02-20 修回日期:2014-05-31 出版日期:2014-07-20 发布日期:2014-07-16
  • 作者简介:龚国芳(1963—),宁波人,2000年毕业于中国矿业大学(北京),机械系,博士。现为浙江大学流体传动及控制国家重点实验室、国家电液控制工程技术研究中心教授,博士生导师。主要从事电液控制系统集成、系统性能分析、液压油弹性模量检测、材料摩擦学特性及其在液压元件上的应用等液压和液力传动的教学和科研工作。获国家发明专利30余项、实用新型专利20余项。发表论文100余篇,其中被SCI/EI收录50余篇。获国家科技进步一等奖1项、二等奖1项,省部级科技一等奖3项。
  • 基金资助:

    国家863计划项目(2012AA041803); 国家973计划项目(2013CB035400)

Research on Shield Boring Attitude Control Based on Fuzzy PID Algorithm

GONG Guofang1, HONG Kairong2, 3, ZHOU Tianyu1, HOU Dianqing1, WANG Lintao1   

  1. (1. State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang , China; 2. China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Luoyang 471009, Henan, China;3. State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450003, Henan, China)
  • Received:2014-02-20 Revised:2014-05-31 Online:2014-07-20 Published:2014-07-16

摘要:

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。

关键词: 盾构, 掘进姿态控制, 模糊PID, 推进液压系统

Abstract:

Considering the fact that the attitude of shield during the boring process is mainly controlled by manual adjustment according to personal experience and that the precision of shield boring trajectory mainly depends on personal proficiency, the authors propose the automatic shield attitude control method based on dual closedloop feedback. The automatic shield attitude control method proposed contains a mainloop feedback that updates the tunneling trajectory and a local feedback that controls the velocity of the thrust cylinders. Succedent analysis shows that the localfeedback control is crucial. Therefore, the authors analyze the geometric relation of hydraulic cylinders before and after onering boring based on a sphericalhinge support thrust system, and deduce the mathematical expression of shield attitude and velocity of thrust cylinders on the left and right sides. The authors achieve the simulation of the velocity control system based on fuzzy PID by using AMEsim and MATLAB software, and make the corresponding test based on a thrust simulation test rig. The result indicates that accurate shield attitude can be realized by fuzzy PID control strategy. The paper provides the theoretical foundation and practical basis for further solution of the shield misalignment problem. 

Key words: shield, attitude control, fuzzy PID, thrust hydraulic system

中图分类号: