盾构智能辅助施工系统中推力研究

根据盾构推进时所受阻力和地质情况,建立盾构力学模型,推导出千斤顶各区推力和总推力的理论计算公式,并将理论计算值与实际测量值进行比较,验证了理论公式的正确性;利用盾构前向探测系统判别地质类型,获取相关参数进行推力计算;根据现场施工数据,寻找盾构处于不同运行模式时各区压力的比值规律;综合以上因素设计盾构智能辅助施工系统,为司机确定推力数值和各区压力分配提供参考,使盾构沿预设的隧道理论轴线推进,有利于提高施工质量.     

盾构姿态变化对管片影响与控制研究及展望

大量盾构隧道工程实践表明,盾构姿态控制不良导致千斤顶对管片的偏心推力、盾壳对管片的挤压力、盾尾注浆对管片的不均匀压力等施工荷载是引起管片结构发生各种病害的主要原因.为了阐明盾构姿态变化对管片受力的影响及控制技术的应用现状,详细介绍了盾构姿态参数、测量方法及姿态变化过程,重点阐述了盾构姿态引起施工荷载的变化对管片结构影响的研究进展,并归纳施工各阶段盾构姿态的控制和纠偏技术措施,指出了现有研究的不足和尚需讨论的问题.建议研发高精度高智能化的自动导向系统,全面考虑姿态变化过程中的施工荷载,构建精细化管片模型和三维盾构姿态的动态模型,进一步探究姿态参数对盾构姿态的控制效应.     

小曲率盾构隧道管片施工附加内力计算模型研究

由于盾构隧道施工阶段结构受力复杂，尤其是对于小曲率盾构隧道，千斤顶推力容易引起较大的附加弯矩。为了解决小曲率盾构隧道附加内力计算问题，以某地电缆隧道盾构施工工程为背景，对千斤顶推力进行简化分析，提出了千斤顶推力引起的附加弯矩计算公式。根据公式计算结果，附加弯矩随盾构机的外径和长度增大而增大，随盾构隧道转弯半径减小而增大。针对该工程项目的具体结构尺寸对千斤顶推力的设置提供建议，计算结果可为类似工程提供一定的参考。     

盾构隧道施工中盾构机姿态控制

结合实际施工情况,分析盾构施工过程中不同地质条件下姿态控制技术,并提出一些盾构机的纠偏措施.     

大直径盾构切穿抗滑桩对堤岸的变形影响分析

为研究大直径盾构切穿护岸抗滑桩对堤岸的扰动影响,确保盾构隧道穿越过程中大堤的安全性与稳定性,采用有限元分析软件建立了隧道-桩基-堤岸三维数值模型,重点分析了盾构切穿施工时堤岸及桩体的变形规律,并对比了不同盾构推力下桩体的变形差异.研究结果表明:盾构切削护岸抗滑桩将导致大堤迎水面边坡产生较大扰动,坡顶出现最大纵向位移,被切桩周围土体出现明显下沉;在盾构推力以及迎水面滑坡推力的双重影响下,抗滑桩以挠曲变形为主,整体形成一条倾斜的“S”形曲线,盾构刀盘抵近桩体时的抗滑桩挠曲变形最为明显;盾构推力由0.7倍静止土压力增至0.9倍,桩身水平位移大幅增加,盾构刀盘抵近桩基时的桩底位移增幅高达162%.综上可知,盾构切削穿越抗滑桩时应严格控制推进速度、泥水压力等施工参数,以减小盾构推力对堤岸及桩体的不利影响.     

盾构施工对黄土地层的扰动及管片衬砌受荷特征

为探明黄土地层中地铁盾构隧道施工对地层的扰动以及管片衬砌结构承受荷载的特征,依托西安地铁2号线穿越黄土地层盾构隧道工程,采用颗粒离散元方法从细观层面对盾构施工引起的地层应力变化及开挖面失稳形态进行模拟分析,同时对实际作用在管片衬砌结构上的土压力和主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析盾构动态施工过程及后期稳定后的土压力对管片衬砌结构受力的影响.研究结果表明:临空面的产生导致隧道拱顶及两侧部分水平应力和垂直应力发生显著变化.管片衬砌结构内力受施工参数影响明显,尤其是千斤顶推力和注浆压力.     

小半径曲线盾构施工对周边土体位移的影响

为研究小半径曲线盾构施工对周边土体地表沉降和深层水平位移的影响,采用现场实测和有限元分析法对曲线盾构施工进行全过程模拟,分析了隧道曲率半径和千斤顶不平衡推力对隧道周边土体位移的影响.研究结果表明:曲线盾构施工会造成横向地表沉降最大值位置向曲线内侧偏移,地表沉降槽呈非对称性;在曲率半径250～500 m内,地表沉降最大值及其偏移量随曲率半径的减小而增大;在左、右侧千斤顶推力比1～2.5内,地表沉降最大值及其偏移量与推力比的增大呈正相关;与直线盾构隧道不同,曲线隧道左右两侧土体水平位移变形呈非对称性,曲线外侧土体受盾壳的挤压作用,背离隧道移动;曲线内测土体因刀盘超挖,土体卸载,位移朝向隧道方向.研究结论对类似工程的施工有指导意义.     

盾构隧道施工对邻近深基坑的影响分析

目的研究双线盾构施工过程对邻近深基坑位移的影响,为相关隧道施工提供参考.方法笔者结合某地铁区间双线隧道,使用Midas GTS岩土有限元分析软件建立模型,进而分析盾构施工对邻近深基坑围护结构的影响.结果盾构施工完成后地下连续墙的水平位移增加了5.48 mm;随着掘进压力的逐渐增大,地下连续墙的最大水平位移值也在不断增大;随着千斤顶推力的不断增加,地下连续墙的水平位移呈现出不断减小的变化趋势;随着注浆压力增大,地下连续墙的水平位移反而越小,但减小程度较小.结论盾构施工对邻近基坑的围护结构产生的变形不可忽略,在施工设计及施工过程中应充分考虑并予以关注.     

长沙地铁典型板岩地层土压平衡盾构掘进参数精细化控制

依托长沙地铁2号线典型板岩地段盾构工程,对盾构总推力和刀盘扭矩计算值与实测值进行对比分析,并对刀盘每转切深和土舱压力进行统计分析,提出典型板岩地层中土压平衡盾构掘进参数的控制值。最后结合地表沉降监测,对参数控制的效果进行评价。研究结果表明:采取理论方法计算板岩地层中盾构总推力和刀盘扭矩时,需对这2个参数进行修正。修正总推力计算值时,修正系数取1.4~1.7;修正刀盘扭矩计算值时,修正系数取0.4~0.5。同时刀盘每转切深应控制在30~40 mm之间;土舱压力应控制在0.09~0.13 MPa之间。基于地表沉降监测,上述盾构掘进参数控制值具有一定的合理性,且效果明显。盾构掘进区域内地表的沉降比较小,基本控制在1.5~4.0 mm。     

地铁盾构隧道30°斜穿地裂缝的物理模拟试验

为了研究30°斜穿地裂缝的盾构隧道管片衬砌结构在地裂缝影响下的变形破坏模式和影响规律,从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构模型试验的相似常数,对模型混凝土、模型钢筋、结构围岩、模型管片及其连接螺栓参数等进行了设计.该结构模型试验能对结构钢筋、混凝土进行应变测量,对结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形等进行观测.借助地基沉降试验平台,通过自锁式千斤顶的缓慢下降,实现对地裂缝上盘相对下降的模拟,地裂缝的活动速率和错动量通过工控机控制自锁式千斤顶的运行速率和行程来实现.试验结果表明:该试验设计满足地裂缝活动下30°斜交盾构隧道管片衬砌结构变形破坏模式和破坏范围研究的需要,能实现模型试验目标;地基沉降试验平台能较好地模拟地裂缝的活动.     

非线性确定性系统的鲁棒自适应控制器

NARX模型的最小预报误差自适应控制器算法，存在着控制输入偏离以原点为收敛域中心的收敛问题，严重时将出现数值发散现象，系统是BIBO不稳定的。针对这种情况，提出了一种改进的控制输入准则函数和各样自适应控制策略，给出了NARX模型基于该准则函数的一种最小预报误差自适应控制器算法，及使系统无稳态偏差选取准则函数的限制条件，解决了系统存在稳态偏差的问题，同时给出了仿真结果。     

智能车辆轨迹跟踪控制方法研究

针对智能车辆的轨迹跟踪控制问题,提出了一种可以调节参数的智能车辆轨迹跟踪控制方法.首先,设计了模糊控制器对智能车辆进行路径跟踪控制;其次,为了提高车辆在高速下的路径跟踪效果,设计模型预测控制器,并结合轮胎的动力学特性及车辆动态特性对轮胎侧偏角、质心侧偏角等进行约束;然后,为了提高车辆在不同工况下的路径跟踪效果,进一步设计了基于PSO算法的模型预测控制器.比较三种控制器的控制效果,选择典型工况在联合仿真平台上进行仿真.结果表明,提出的智能车辆的轨迹跟踪控制方法可以有效地对车辆轨迹进行跟踪.     

考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法研究

针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间稳定跟踪参考指令;其次考虑组合动力飞行器动力切换引起的推力损失带来的控制约束,设计了输入约束控制器,实现模态转换阶段跟踪误差有限时间收敛的同时减小推力需求;然后考虑正常情况及模态转换阶段控制器的结合,设计了组合发动机软切换控制方法;最后通过仿真验证了所设计的控制器能够有效规避推力损失现象,并且能够有效保障切换控制系统的稳定性及鲁棒性。     

基于干扰观测器的含风电互联电网频率稳定控制

为解决含风电互联电网中风功率预测与实际风功率之间存在的风功率偏差,以及负荷突增所造成的电网负荷频率波动的问题,研究并比较了现有解决方案,提出了一种干扰观测器与反馈控制器复合控制算法.该算法将风功率偏差以及负荷突增等视为集总干扰,设计干扰观测器估计集总干扰,并通过反馈控制器的设计抵消集总干扰的影响,并基于分离原理与线性矩阵不等式求取了观测器以及控制器设计参数,提出了算法定理并验证了稳定性.将所提算法与常用的比例积分微分(proportion intergration differentiation,PID)控制算法进行仿真比较,负荷控制算法对风功率偏差与负荷突增构成的集总干扰有着较强的抑制作用,且收敛速度更快,表现出较强的控制性能与鲁棒性.最后通过半物理实验进一步验证了所提算法的有效性与实用性.     

基于改进灰色预测模型的自适应PID控制算法

针对大滞后系统提出一种基于改进灰色预测模型的自适应PID控制,采用优化背景值和初始条件的改进GM(1,1)模型作为预测模型,用预测结果代替被控对象测量值,克服了大滞后系统控制效果不能及时反馈的不足,并将二次型性能指标引入到PID控制器的整定过程中,按照性能指标的负梯度方向修改加权系数,实现了自适应PID的最优控制。仿真结果证明,该方法对大滞后系统具有较好的适应性和鲁棒性。     

基于模拟机的空中交通管制复杂度预测模型

为改进管制工作负荷预测方法在探究主、客观量映射关系方面的局限性,提出了一种空中交通管制复杂度预测模型.定义空中交通管制复杂度为管制员工作负荷与其阈值之比;组织一线管制员及资深专家进行多组模拟机实验,获取其对各实验场景下管制复杂度的主观定性评估,利用MATLAB处理得到相应场景下的复杂因子;通过BP(back propagation)神经网络对样本数据进行非线性拟合.拟合模型的平均绝对误差为0.025,预测偏离程度为3.75％.研究表明该模型能够较准确地反映空中交通管制复杂度(主观量)与各复杂因子(客观量)之间的映射关系,为空域规划与管理提供科学理论支持.     

基于GM（1,1）灰色预测模型的营养液控制仿真研究

应用灰色预测控制理论中的GM(1,1)模型对营养液状态量进行预测,在此基础上进行营养液控制系统的预测控制仿真.仿真结果表明,灰色预测控制能很好地解决营养液系统的非线性、滞后问题,提高系统的控制水平和精度,具有鲁棒性好、跟踪快速和抑制干扰能力强等特点.     

预测函数控制在感应电机调速系统中的应用

针对感应电机调速系统,提出预测函数—内模双环控制。预测函数控制有计算量小、跟踪速度快等优点,内模控制的参数调节方便,且能抑制参数变化在系统性能上影响,将两者原理有机结合,通过分析感应电机数学模型,电流环采用内模控制,转速环采用预测函数控制。仿真结果表明,采用预测函数—内模双环控制后,系统的动态性和静态性能都得到明显改善。     

动态矩阵控制在飞翼无人机自动着陆时的应用

进场着陆是飞行的复杂阶段,虽然仅占整个飞行的2%～3%,却大约有1/3的飞行事故发生在此阶段。无尾飞翼无人机着陆下滑时对飞机的速度和姿态具有很高的精度要求,但有时仅靠油门控制飞行速度不能满足要求。针对这一情况设计了一种升降舵加阻力方向舵模型预测控制系统。先采用PID控制加快被控对象的响应速度,在此基础上建立基于动态矩阵控制(DMC)算法的模型预测控制器。DMC的在线优化和反馈校正等特点有效地提高了系统的整体性能。仿真结果表明,与经典PID控制器相比,该系统能够更好地跟踪下滑轨迹,提高无人机的动态响应,并且严格控制下滑速度。     

离散大系统的多级控制

本文使用反馈控制和广义逆矩阵研究离散大系统的多级控制问题,即在局部控制器上加所谓“校正”控制器,达到中性关联作用,使整个系统的性能指标为极小,且得到较小的性能指标偏差的上界。