[发明专利]一种自动调节盾构机姿态的控制系统

权利要求书

1.一种自动调节盾构机姿态的控制系统，包括上位机、下位机、盾构机姿态测量系统、盾构机推进系统以及反馈传感器，其特征在于：所述上位机与下位机之间通过以太网相互通讯，所述盾构机姿态测量系统与下位机之间通过以太网单向通讯，所述反馈传感器与下位机之间通过CCLINK单向通讯，所述下位机与盾构机推进系统之间通过CCLINK单向通讯，所述上位机用于进行数据存储分析与算法运算，所述下位机用于直接控制设备获取设备状态，所述盾构机推进系统用于根据控制指令进行调节推力大小，盾构机姿态测量系统实时将盾构机当前姿态相对计划线偏差值传输到下位机中，上位机从下位机读取以上数据和盾构机掘进关键参数并保存到数据库中，上位机根据模糊控制的算法计算出盾构机所需要的四个分区推进油缸压力推荐值，并将四个推荐值传输给下位机，下位机控制盾构机推进系统；

盾构机的姿态分为垂直姿态和水平姿态，上位机经下位机读取姿态测量系统计算出的当前姿态数据：盾尾水平偏差d_水平1与铰接水平偏差d_水平2、盾尾垂直偏差d_垂直1与铰接垂直偏差d_垂直2，并将其分别作为水平控制输入参数、垂直控制输入参数；按照以下公式计算出水平偏差和A_水平、水平偏差差B_水平、单位时刻水平偏差和ΔA_水平、单位时刻水平偏差差ΔB_水平、垂直偏差和A_垂直、垂直偏差差B_垂直、单位时刻垂直偏差ΔA_垂直、单位时刻垂直偏差差ΔB_垂直

A_水平K＝|d_水平1+d_水平2|∈[0,80]

B_水平K＝|d_水平1-d_水平2|∈[-4,4]

ΔA_水平K＝A_水平K-A_水平K-1∈[0,80]

ΔB_水平K＝B_水平K-B_水平K-1∈[-4,4]

A_垂直K＝|d_垂直1+d_垂直2|∈[0,80]

B_垂直K＝|d_垂直1-d_垂直2|∈[-4,4]

ΔA_垂直K＝A_垂直K-A_垂直K-1∈[0,80]

ΔB_垂直K＝B_垂直K-B_垂直K-1∈[-4,4]

再经过6个模糊控制器：以A_水平和ΔA_水平作为输入生成ΔP_水平1、以A_水平和B_水平作为输入生成系数α、以B_水平和ΔB_水平作为输入生成ΔB_水平2、以A_垂直和ΔA_垂直作为输入生成ΔP_垂直1、以A_垂直和B_垂直作为输入生成系数β、以B_垂直和ΔB_垂直作为输入生成ΔB_垂直2，其模糊控制规则库以地层信息结合盾构机主要参数而定；

水平压差和垂直压差的合成规则是

ΔP_水平＝α·Δp_水平1+(1-α)Δp_水平2

ΔP_temp垂直＝α·Δp_垂直1+(1-α)Δp_垂直2

Δp_水平1和Δp_垂直1代表盾构机盾体整体姿态与计划线的偏离程度，Δp_水平2和Δp_垂直2代表盾构机盾体整体姿态相对计划线的角度，即预示盾构机掘进方向趋势，α和β为权重比例；

考虑到盾构机在垂直方向上的受力分析中，垂直方向上受盾体自重和地层浮力影响较大，故有垂直压差补偿

ΔP_垂直＝Δp_temp垂直1+Δp_补偿

其中Δp_补偿为根据地层信息与盾构机参数计算得出值或预设值；

在确定分区压力分配规则时，考虑盾构机推进系统自身的特性，分区压力P满足

K为分区比例减压阀的设定百分比，P_阀max为减压阀最大压力，P_源推进系统的源压

且为了避免4分区压力不均衡造成推进系统憋压，导致盾构机异常停机，故设

F＝P×n

F为推力，P为压力，n为常数，代表比例系数

采用以下公式确定各分区区压推荐值

P_d＝P_上环源压-3

P_u＝P_d-ΔP_垂直

F_l+F_r＝F_{上环总推力}-F_u-F_d

其中P_l为左分区压力，为P_r右分区压力，F_u、F_d、F_l、F_r分别为上、下、左、右分区推力，n_l、n_r分别为左、右分区比例系数。