[发明专利]一种对TBM掘进机姿态精确纠偏的方法及系统

权利要求书

1.一种对TBM掘进机姿态精确纠偏的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于各分区推力在刀盘上均匀分布、且推力线性变化的原则，根据所述TBM掘进机的掘进机姿态确定各组推进油缸所在分区的目标推力；

根据所述TBM掘进机中各组推进油缸所在分区的目标推力，确定各组推进油缸对应的缸腔压强；

根据所述缸腔压强、所述TBM掘进机中缸腔面积和活塞面积，确定各组推进油缸的目标无杆腔压力；

基于模糊比例积分微分算法，根据所述目标无杆腔压力，确定各组推进油缸的分区压力百分比；

根据所述TBM掘进机的历史总推力，计算目标总推力，并根据所述分区压力百分比对所述目标总推力进行分解，得到各组推进油缸的纠偏推力，并根据所述纠偏推力生成用于对所述TBM掘进机的姿态进行纠偏的纠偏控制指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于模糊比例积分微分算法，根据所述目标无杆腔压力，确定各组推进油缸的分区压力百分比，包括：

将所述目标无杆腔压力输入基于模糊比例积分微分算法构建的分区压力百分比分析模型，得到所述分区压力百分比分析模型输出的各组推进油缸的分区压力百分比；

其中，所述分区压力百分比分析模型是通过如下方式训练得到的：

根据分区压力以及掘进稳定性，对所述TBM掘进机进行样本无杆腔压力寻优，得到目标样本无杆腔压力，所述样本无杆腔压力寻优采用粒子群优化算法，根据样本无杆腔压力确定粒子群的个数进行训练后，计算得到预测结果，其中，采用机理分析法建立样本无杆腔压力与掘进稳定性的平衡方程，选取分区压力与分区压力百分比的模糊比例积分微分参数组成粒子群优化算法的粒子；

根据牛顿第二定律获得活塞作用下的平衡方程，构建分区压力百分比分析初始模型，并将所述目标样本无杆腔压力输入所述分区压力百分比分析初始模型，训练得到所述分区压力百分比分析模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算各组推进油缸的目标无杆腔压力F_推：

其中，P_无杆腔为推进油缸中活塞未经过的第一缸腔压强，P_无杆腔为推进油缸中活塞经过的第二缸腔压强，所述缸腔压强包括所述第一缸腔压强和所述第二缸腔压强，S_腔体为所述缸腔面积，S_推杆为所述活塞面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述TBM掘进机当前的姿态确定各组推进油缸所在分区的目标推力的步骤，包括：

通过传感器获取所述TBM掘进机当前的待掘进岩土的图像，并对所述图像进行岩土类型分析，得到岩土特征信息，其中，所述岩土类型包括岩土硬度等级、岩土湿度等级和岩土松散度；

根据所述岩土特征信息以及所述TBM掘进机当前的姿态，确定各组推进油缸所在分区的目标推力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述TBM掘进机的历史总推力，计算目标总推力的步骤，包括：

根据岩土特征信息从所述历史总推力表中筛选出目标历史总推力，其中，所述历史总推力表中按照岩土硬度等级、岩土湿度等级和岩土松散度对总推力进行划分后得到的；

计算所述目标历史总推力的平均值，得到所述目标总推力。

6.一种对TBM掘进机姿态精确纠偏的系统，其特征在于，包括：

上位机，所述上位机用于通过权利要求1-5中任一项所述的对TBM掘进机姿态精确纠偏的方法生成纠偏控制指令；

与所述上位机通讯连接的可编程控制器，所述可编程控制器用于接收所述上位机发送的所述纠偏控制指令，并根据所述纠偏控制指令对所述TBM掘进机的姿态进行纠偏及控制推进；

与所述上位机通讯连接的垂直导向系统，所述垂直导向系统用于采集所述TBM掘进机的掘进机位姿，并向所述可编程控制上报所述掘进机位姿，以使得所述可编程控制将所述掘进机位姿转发至所述上位机。

7.根据权利要求6所述的对TBM掘进机姿态精确纠偏的系统，其特征在于，

所述上位机还用于，监控所述TBM掘进机与所述可编程控制器的通讯状态，并在所述通讯状态表征所述TBM掘进机与所述可编程控制器通讯断开的情况下，发出报警信息并切换所述TBM掘进机的控制权限为手动控制。