[发明专利]一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法

说明书

本发明涉及矩形顶管机控制领域，特别是涉及一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法。包括如下步骤：S1：实时获取矩形顶管机的当前姿态信息；S2：根据当前姿态信息计算矩形顶管实时的位置偏差；S3：通过矩形顶管机的运动学简化模型计算各组纠偏组件的目标伸缩状态；S4：计算出当前工作区间内的环境系数；S5：获取当前工作区间内环境允许伸缩量；S6：通过分时迁移微顶法计算各组纠偏组件每次纠偏动作的实际伸缩量；S7：在推进油缸每向前顶进一个预设的顶进单元时，控制纠偏组件执行一次纠偏动作，直至矩形顶管机重新回到预设轴线。本发明解决了现有矩形顶管机轨迹控制方法存在对复杂工况的适应性不足，纠偏效果差，纠偏不及时等问题。

技术领域

本发明涉及矩形顶管机控制领域，特别是涉及一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法。

背景技术

顶管机是一种隧道开挖设备，矩形顶管机是成型截面为矩形的顶管机，矩形顶管具有施工时间短、对工程周边环境影响小的特点；且在同等截面下，矩形顶管相比圆形顶管能更有效地利用地下空间，断面利用率高。目前越来越多的矩形顶管被应用于地下工程的建设。

矩形顶管机在掘进过程中，由于复杂多变的地质环境、推力不均、尾盾间隙不均等因素的影响；矩形顶管机的掘进方向容易产生偏转，进而导致矩形顶管机实际掘进轨迹的轴线与预设轴线间产生偏差。顶管机中通常设置纠偏油缸来对掘进过程中的偏差进行修正。在实际作业环境中，影响顶管掘进姿态的因素很多，而且相互耦合，呈现非线性、时变性、模糊随机性的特点；这使纠偏油缸的伸缩量亦呈现时变性特点，顶管机无法做到完全按既定纠偏轨迹掘进，纠偏难度较大，顶进轨迹难以控制。

常见的顶管机顶进轨迹控制方法主要有以下两种：根据顶管机当前的偏离姿态，以多项式拟合的方法，设计顶管机纠偏轨迹，并遵循拟合轨迹特性，分配油缸压力，对顶管机顶进轨迹进行控制。以模糊控制或神经网络控制为基础，根据施工经验，以顶管机纠偏量或油缸液压值为被控对象，建立纠偏规则，获得轴线纠偏的神经网络控制器或模糊控制器。但是，以上方法多基于几何拟合或施工经验，考虑到的影响纠偏因素较为片面，未考虑顶管纠偏过程中土地沉降、土壤扰动对顶管机掘进过程的影响，容易造成过纠、少纠现象，导致以上方法实际应用效果差。

发明内容

基于此，有必要针对现有矩形顶管机轨迹控制方法存在对复杂工况的适应性不足，纠偏效果差，纠偏不及时等问题；提供一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法。

本发明提供的一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法，主要用于在顶管机的顶进轨迹与预设轴线出现位置偏差时，对矩形顶管机的姿态进行实时的分时迁移调整。该方法对偏差的修正更加及时，也使得矩形顶管机的轨迹控制更加精准。本发明中的分时迁移空间姿态微调纠偏矩形顶管机的纠偏方法包括如下步骤：

S1：按照预设的采样频率实时获取矩形顶管机的当前姿态信息。

S2：根据当前姿态信息计算矩形顶管实时的位置偏差P。

S3：根据位置偏差P，通过矩形顶管机的运动学简化模型计算各组纠偏组件的目标伸缩状态Δl_i；纠偏组件采用纠偏油缸作为执行机构。

S4：获取矩形顶管机当前工况下的环境状态信息，计算出当前工作区间内的环境系数A_环。

S5：根据环境系数A_环通过查表法获取当前工作区间内纠偏油缸的环境允许伸缩量A。

S6：读取各组纠偏组件中纠偏油缸的目标伸缩状态Δl_i和当前工作区间的环境允许伸缩量A，并通过分时迁移微顶法计算各组纠偏组件每次纠偏动作的实际伸缩量l_Ri。

S7：在矩形顶管机的推进油缸每向前顶进一个预设的顶进单元时，控制各组纠偏组件中的纠偏油缸执行一次纠偏动作，直至矩形顶管机重新回到预设轴线；其中，纠偏动作中各纠偏油缸完成相应的实际伸缩量l_Ri的执行。