[发明专利]一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置及方法

说明书

本发明提出了一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置及方法，涉及盾构机控制技术领域，该装置包括：多台盾构机驱动系统及上位机；其中，每个盾构机驱动系统分别与上位机连接，并通过电机带动齿轮转动，向刀盘输送动力；上位机采集每个盾构机驱动系统的反馈信息，并通过转矩协同控制算法计算出每个盾构机驱动系统的转矩补偿量，发送至相应的盾构机驱动系统进行电机协同控制。利用该装置及方法可以在复杂工况环境下通过转速观测器实现转速闭环控制，并通过负载均衡环节对刀盘负载进行分配，实现各电机转矩协同输出。

技术领域

本发明涉及盾构机控制技术领域，尤指一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置及方法。

背景技术

盾构隧道掘进机是一种用于挖掘地下隧道工程的专业掘进装备。盾构机掘进系统是集自动化、机械化、计算机等多学科于一体的庞大体系工程应用器械，主要由盾构刀盘及辅助设施构成。其中盾构机盾体一般体积大、负载功率大，需要多个电机协同驱动工作。在盾构机工作过程中，需要控制刀盘转速稳定，因此对每台电机的控制精度有很高的要求。但是盾构机常面临复杂工况条件，掘进施工的地质条件随机性强，波动性大，常出现负载突增突减以及偏载的情况，因此对电机载荷适应性要求较高。

盾构机刀盘通过大齿圈与小齿圈的啮合作用将负载转矩分配到各电机上。在负载波动剧烈的情况下易造成刀盘负载分配不均衡，部分电机输出的转矩大于其余电机，造成转轴受力不均，严重时会引起断轴事故，影响工程进度。因此需要协同控制刀盘上的电机根据负载情况对转矩进行分配。

目前，国内外盾构掘进系统大多使用转速PID控制或是直接转矩控制策略，针对多电机控制主要分为主从控制和并行控制两大类，其中主从控制由于从电机响应主电机转速存在延时，造成系统整体响应速度较慢，无法对复杂多变的掘进工况做出准确的响应，因此不适用于盾构机地下掘进场合；并行控制是一种典型的非耦合控制，每台电机有着相同的给定参考值，但是当其中一台电机参数变化时，其他台电机不能得到相关信号，不能做出调整。为了令电机之间相互耦合，有学者提出了相邻交叉耦合控制，其基本思想是耦合相邻电机之间的速度和转矩误差信号，设计比例控制器对参考值进行补偿，从而提高系统的抗干扰能力。传统的相邻交叉耦合策略能够将单台电机的扰动信息通过耦合传递到所有电机上，但每经过一次传递，扰动信号会存在一定程度上的削弱，且扰动信号传递过程也会引入一定的延时，影响系统整体协同性能。特别的，由于盾构机工作环境恶劣，电机转速传感器工作受限，不能实现电机转速采样。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置及方法。本发明可以在复杂工况环境下通过转速观测器实现转速闭环控制，并通过负载均衡环节对刀盘负载进行分配，实现各电机转矩协同输出。

在本发明实施例的第一方面，提出了一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置，该装置包括：多台盾构机驱动系统及上位机；其中，

每个盾构机驱动系统分别与上位机连接，并通过电机带动齿轮转动，向刀盘输送动力；

上位机采集每个盾构机驱动系统的反馈信息，并通过转矩协同控制算法计算出每个盾构机驱动系统的转矩补偿量，发送至相应的盾构机驱动系统进行电机协同控制。

在本发明实施例的第二方面，提出了一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制方法，该方法包括：

每个盾构机驱动系统分别与上位机连接，并通过电机带动齿轮转动，向刀盘输送动力；

上位机采集每个盾构机驱动系统的反馈信息，并通过转矩协同控制算法计算出每个盾构机驱动系统的转矩补偿量，发送至相应的盾构机驱动系统进行电机协同控制。

在本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现盾构机驱动系统的多电机均载协同控制方法。