[发明专利]一种盾构机姿态自动控制仿真系统

说明书

本发明公开了一种盾构机姿态自动控制仿真系统，通过构建数字通信接口模块、推进动力学模块、盾体运动学模块、尾盾动力学模块、基于盾体‑土体动态作用模型的土体环境模块、虚拟导向系统模块以及盾构三维场景展示模块，组建盾构机姿态自动控制仿真系统；本发明构建基于盾体‑土体动态作用模型的土体环境模块，并结合各模块间的数据传输合理反映盾构机运动过程盾体所受阻力，阻力矩的情况；并通过数字通信接口模块预留外部的数据/控制接口，通过外部控制信号完善对基于盾构姿态自动控制的仿真测试，为盾构姿态自动控制算法的设计与验证提供了一个低成本，高效率，高可靠性的实现方案，并实时可视化展示盾构机的运动过程。

技术领域

本发明涉及盾构施工智能化建设技术领域，具体涉及一种盾构机姿态自动控制仿真系统。

背景技术

目前国内各大城市中，地铁建设已经成为市政交通建设的关键部分，现有的地铁隧道挖掘方案多采用盾构机来施工，然而由于城市地下具有错综复杂的建筑基础以及复杂的管线，施工面临的地质条件错综复杂，这就使得盾构机司机具备丰富的施工经验以及较高的专业素养，为了培养出专业的盾构司机，需要研发盾构机模拟驾驶的操作平台用于进行盾构驾驶教学；并用于模拟产生环境对盾构机产生的作用效果，使仿真更具有实际效果和意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种盾构机姿态自动控制仿真系统，通过构建基于盾构机数学模型的盾构姿态自动控制仿真系统，解决了现有盾构姿态自动控制算法验证成本高，耗时长的问题，并通过构建基于盾体-土体动态作用模型的基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块，结合各模块间的数据传输合理反映盾构机运动过程盾体所受阻力，阻力矩的情况。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，一种盾构机姿态自动控制仿真系统，包括：数字通信接口模块、推进动力学模块、盾体运动学模块、尾盾动力学模块、基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块、虚拟导向系统模块以及盾构三维场景展示模块；

其中，数字通信接口模块分别与推进动力学模块、尾盾动力学模块、盾体运动学模块、基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块、虚拟导向系统模块以及盾构三维场景展示模块连接；用于接收并存储推进动力学模块、尾盾动力学模块、盾体运动学模块、基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块、虚拟导向系统模块的输出数据；并为各模块提供基础数据支撑；

推进动力学模块与盾体运动学模块连接；用于根据数字通信接口模块传输的数据计算盾构机油缸的推进行程，并将推进行程传输到盾体运动学模块；

尾盾动力学模块与盾体运动学模块连接；用于接收数字通信接口模块传输数据，并根据传输数据计算铰链行程；并将铰链行程传输到盾体运动学模块；

盾体运动学模块与基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块、虚拟导向系统模块连接；用于接收推进行程与铰链行程，并根据推进行程与铰链行程计算盾体实时位姿，并将盾体实时位姿传输给基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块与虚拟导向系统模块；

基于盾体-土体动态作用模型的土体环境模块，用于根据盾体实时位姿计算土体环境对推进油缸的推进阻力以及铰接拉力；

虚拟导向系统模块，用于盾体实时位姿计算盾体姿态偏差；

盾构三维场景展示模块，用于根据推数字通信接口模块的输出参数，进行三维建模，并对盾构机运动过程进行可视化展示。

本发明具有以下有益效果：