盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中軌跡跟蹤控制的研究.pdf

1、如今，盾構(gòu)法已成為隧道施工的主要方法，隨著近年來我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)在我國仍有廣闊的應(yīng)用市場。然而，由于中國引入盾構(gòu)技術(shù)較晚，仍有大量的問題亟待研究和解決，尤其是盾構(gòu)機(jī)的自動控制方面。隧道設(shè)計(jì)軸線（Designed Tunnel Axis，以下簡稱DTA）是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)的基準(zhǔn)軸線，盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際掘進(jìn)軸線能否很好的跟蹤DTA直接影響盾構(gòu)法施工的質(zhì)量。目前盾構(gòu)機(jī)的軌跡跟蹤控制仍是采用人工操作的方法，操作人員根據(jù)盾構(gòu)機(jī)軸線與D

2、TA的偏差，通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對DTA的跟蹤。基于以上背景，本文對如何實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)軌跡跟蹤的自動控制進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果，以期能對盾構(gòu)機(jī)的自動控制的研究有所助益。本文的主要工作如下:
　　1、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)糾偏軌跡的規(guī)劃
　　當(dāng)盾構(gòu)機(jī)軸線與DTA的偏差較大，超過允許范圍，設(shè)計(jì)糾偏軌跡，并將其作為DTA的一部分，作為盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)往前掘進(jìn)的基準(zhǔn)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際掘進(jìn)時(shí)沿DTA“蛇形”前進(jìn)的特點(diǎn)

3、，對盾構(gòu)機(jī)的位姿情況進(jìn)行了分類，針對具體偏差情況進(jìn)行了軌跡規(guī)劃特性的分析;考慮到緩和曲線本身就是DTA的線形組成部分，且緩和曲線的曲率半徑均勻變化，以盾構(gòu)機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑為約束，設(shè)計(jì)了緩和曲線形式的糾偏軌跡;在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)安全的約束下，提出了使用最少直線段數(shù)擬合緩和曲線的算法以降低盾構(gòu)機(jī)在曲線段施工的復(fù)雜度。
　　2、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)運(yùn)動學(xué)模型的建立
　　為了定量描述盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)動過程，本文采用基于實(shí)測掘進(jìn)數(shù)據(jù)的方法，對盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)動學(xué)

4、模型進(jìn)行辨識。首先對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)運(yùn)動的特點(diǎn)，選取運(yùn)動學(xué)模型的輸入輸出變量;選取T-S模糊模型作為盾構(gòu)機(jī)運(yùn)動學(xué)模型的形式;采用模糊C均值聚類的算法減少T-S模糊模型子空間的個(gè)數(shù);使用最小二乘法對后件結(jié)果參數(shù)進(jìn)行辨識。最后對所辨識模型進(jìn)行了殘差分析和穩(wěn)定性的分析。
　　3、盾構(gòu)姿態(tài)模糊控制器的設(shè)計(jì)
　　當(dāng)盾構(gòu)機(jī)軸線與DTA的偏差較小，則需要選擇合適的糾偏策略以減小偏差。經(jīng)過深入研究人工控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的操作