【摘要】：盾構(gòu)法施工日益成為隧道挖掘和地下工程建設(shè)的主流方法。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化不斷推進(jìn)的大背景下,盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)技術(shù)研究具有重要意義。掘進(jìn)過(guò)程是盾構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié),本文重點(diǎn)研究盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過(guò)程控制。在盾構(gòu)的掘進(jìn)過(guò)程中常遇到很多問(wèn)題,例如密封艙土壓預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸扭矩分配不均引起的斷軸事故、隨機(jī)干擾引起的密封艙土壓失穩(wěn)。因此本文以刀盤(pán)切削巖石環(huán)節(jié)、密封艙土壓平衡環(huán)節(jié)這兩個(gè)掘進(jìn)過(guò)程中的重要的環(huán)節(jié)為研究對(duì)象,研究解決掘進(jìn)狀態(tài)和非掘進(jìn)狀態(tài)下的密封艙土壓預(yù)測(cè)問(wèn)題、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸扭矩均衡控制問(wèn)題、隨機(jī)干擾下的密封艙土壓控制問(wèn)題,并取得了一定的成果,以期能夠?qū)ρ芯慷軜?gòu)機(jī)的施工自動(dòng)化控制有所助益。本學(xué)位論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、基于多模型融合方法建立掘進(jìn)狀態(tài)下密封艙土壓預(yù)測(cè)模型首先基于對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)集中的各個(gè)字段含義的分析,從中選擇預(yù)測(cè)目標(biāo)與輸入特征,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理�；陬A(yù)測(cè)目的與數(shù)據(jù)集特點(diǎn),采用留一法交叉驗(yàn)證方法和均方誤差(MSE)指標(biāo)來(lái)評(píng)估預(yù)測(cè)效果。分別基于LASSO回歸模型、SVR模型、RFR模型、GBRT模型建立密封艙土壓預(yù)測(cè)模型,并基于平均法的模型融合方法將各預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果融合。最后基于RFR模型與GBRT模型輸出的特征重要度,分析預(yù)測(cè)模型中各個(gè)輸入特征與預(yù)測(cè)目標(biāo)間的關(guān)系。2、基于粒子濾波方法建立非掘進(jìn)狀態(tài)下密封艙土壓衰減模型首先從盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)中選取出非掘進(jìn)狀態(tài)下的密封艙土壓衰減數(shù)據(jù)片段,并通過(guò)曲線擬合方法確定密封艙土壓衰減模型的模型結(jié)構(gòu)為指數(shù)模型。提出基于粒子濾波方法的密封艙土壓衰減模型建模方法,即首先統(tǒng)計(jì)分析各段密封艙土壓衰減數(shù)據(jù),獲得土壓衰減模型參數(shù)的先驗(yàn)概率分布,在獲得衰減過(guò)程中的密封艙土壓數(shù)據(jù)后,基于粒子濾波方法更新對(duì)土壓衰減模型的模型參數(shù)估計(jì)。通過(guò)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法的預(yù)測(cè)性能有效性。3、設(shè)計(jì)基于模型預(yù)測(cè)控制方法的刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸扭矩均衡控制律基于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)系統(tǒng)主要單向旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn),對(duì)包含齒隙非線性環(huán)節(jié)的刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行線性化,獲得刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。通過(guò)在狀態(tài)向量中引入轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度,建立刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增廣狀態(tài)空間模型,并基于該模型設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)軸扭矩的估計(jì)方法,同時(shí)設(shè)計(jì)了增廣模型的狀態(tài)觀測(cè)器。基于模型預(yù)測(cè)控制方法,在控制目標(biāo)中引入驅(qū)動(dòng)軸扭矩均衡分配項(xiàng),建立了刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸扭矩均衡控制律。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明,所提出的方法可以實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速跟蹤目標(biāo)和驅(qū)動(dòng)軸扭矩均衡分配目標(biāo)。4、設(shè)計(jì)基于隨機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法的密封艙土壓控制律首先基于密封艙土壓的機(jī)理模型建立密封艙土壓控制的狀態(tài)空間模型,并基于盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)的物理背景給出輸入輸出的約束條件�？紤]土壓工作點(diǎn)和干擾建立基于工作點(diǎn)的狀態(tài)空間模型,為了消除穩(wěn)態(tài)控制誤差在輸入環(huán)節(jié)中增加積分項(xiàng)建立增廣狀態(tài)空間模型�？紤]推進(jìn)速度等干擾的隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性,基于隨機(jī)模型預(yù)測(cè)方法,建立密封艙土壓控制律,并設(shè)計(jì)了擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)干擾。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提出的方法能夠提升密封艙土壓的控制效果。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U455.39
【圖文】：

圖２－１盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程主要系統(tǒng)［３５］逡逑

邐＾刀盤(pán)邐．密封艙邐刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逡逑圖２－１盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程主要系統(tǒng)［３５］逡逑輸送機(jī)系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)、管片拼裝機(jī)、同步注漿系統(tǒng)等等配套設(shè)備。從盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)原理逡逑可以知道，在土體的掘進(jìn)過(guò)程中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)主要包括刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)、逡逑螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)。掘進(jìn)時(shí)，這些關(guān)鍵系統(tǒng)間存在著密切的聯(lián)系和相互作用，共同影響著盾逡逑構(gòu)掘進(jìn)的施工質(zhì)量和效率。逡逑為了保證盾構(gòu)機(jī)安全地、穩(wěn)定地掘進(jìn)，刀盤(pán)需要以設(shè)定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的工作。由于在切逡逑削土體的過(guò)程中刀盤(pán)承受的負(fù)載很大，需要將大負(fù)載在各個(gè)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)中均衡分配，逡逑８逡逑

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本文編號(hào)：2715096