基于启发式动态规划的盾构土压平衡优化控制

为了避免盾构施工造成地表变形而引发安全事故,建立有效的密封舱土压平衡自动控制方法是至关重要的.为此,提出了一种新的基于启发式动态规划(heuristic dynamic programming,HDP)的盾构土压平衡优化控制方法,该方法能够实现盾构机多参数实时协调优化控制.基于神经网络,构建组成密封舱土压HDP控制器的执行网络、模型网络和评价网络,采用梯度下降算法对网络权值进行在线训练;利用评价网络迭代逼近密封舱土压优化控制代价函数,将多级优化问题简化为单级优化,从而显著降低实时计算负荷;执行网络以最小化代价函数为目标,对多参数同步协调优化,获得推进速度、刀盘扭矩、总推力、螺旋输送机转速的最优值.仿真结果表明,该方法能够有效控制密封舱土压平衡,HDP控制器具有较强的抗干扰能力,并且控制过程更加快速、稳定.     

盾构机密封舱土压平衡综合优化控制

为了实现盾构机掘进过程密封舱土压平衡的精确高效控制,提出了盾构刀盘系统、推进系统和排渣系统的综合优化控制方法.设计了以扭矩切深指数(TPI)和场切深指数(FPI)为特征输入参数的地层识别系统,然后建立了专家控制系统,根据地层识别的量化结果和控制规则给出刀盘转速的控制策略;在此基础上,提出了采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)非线性预测控制方法来协调控制推进速度和螺旋输送机转速,并利用蚁群算法(ACS)滚动优化控制变量,实现密封舱土压平衡控制.实验结果表明即使在工况发生变化时亦能够很好地控制密封舱土压平衡,证明了方法的有效性,实现了盾构机土压平衡的多子系统协调优化控制.     

基于前馈-反馈的磁悬浮列车悬浮系统控制结构

磁悬浮列车控制系统性能直接影响到磁浮列车的稳定性、安全性,由于电磁铁模型本身的不稳定性和非线性,悬浮系统必须选择合适的控制方式才能使其稳定工作.为消除扰动对磁悬浮列车悬浮系统的影响,在线性近似模型基础上提出一种前馈-反馈复合控制结构,利用PI控制器消除稳态误差,利用前馈控制抵消扰动对系统的影响.采用MATLAB对系统进...     

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。     

土压平衡盾构改良渣土屈服应力分析

屈服应力是反映材料和易性的重要特征参数之一.依托武汉地铁6号线老关村出入段盾构隧道工程,开展室内盾构渣土塌落度试验,推导考虑塌落度桶形状效应的渣土屈服应力改进预测模型,进而分析不同含水率、不同掺入比和不同角砾含量条件下渣土屈服应力变化规律.结果表明:角砾黏土的塌落度试验值与含水率、泡沫剂掺入比和角砾含量呈正相关关系;通...     

超孔隙水压力影响的土压平衡盾构开挖面稳定特性

针对土压平衡盾构掘进过程中开挖面稳定控制对周边环境影响的问题,通过原位监测手段得到盾构开挖面上超孔隙水压力和土压力增量的发展和分布情况,在此基础上进行考虑流固耦合的数值分析,得到考虑超孔隙水压力影响情况下欠支护状态和超支护状态的开挖面稳定特性.利用数值模型进行参数分析,研究土体渗透系数以及盾构停推时间对于开挖面稳定的影响,为实际施工提供有益的参考.     

漂石地层土压平衡盾构刀具磨损特性

漂石地层是典型的非均质土层,具有强度高、磨蚀性强的特点,盾构在漂石地层中掘进时刀具磨损十分严重。以北京地铁16号线榆树庄站～宛平城站盾构工程为背景,研究了盾构在漂石地层掘进的刀具磨损规律,结果表明:撕裂刀的磨损量随轨迹半径的增大而增大,刀盘大圆环附近的撕裂刀由于刀盘局部开口的减小,其平均磨损量远高于相邻轨迹上的刀具;由于大粒径漂石的碰撞作用,约有55%的刮刀出现合金块破损,刀盘大圆环附近所有刮刀均出现合金块破损的现象;不同轨迹上刮刀的平均磨损量变化趋势与出现合金块磕破的刮刀占比的变化趋势一致。研究结果可为类似地层条件下的刀盘结构选择、刀具布置提供参考。     

地铁区间软土隧道复合式土压平衡盾构适应性改造技术

针对某地铁六号线某区间工程特点,对复合式土压平衡盾构进行了盾体外径扩大、刀盘刀具更换和推进系统改造,并就改造后的刀盘结构和刀具配置掘进软土地层进行了详细的适应性分析,现场成功进行了100环管片掘进试验,得出了盾构机总推力、刀盘扭矩和转速、掘进速度、土压力以及同步注浆量等掘进参数,验证了改造复合式土压平衡盾构掘进软土地层...     

复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数

土压平衡盾构在复合地层中掘进时常出现推力和扭矩波动幅度过大的问题,为了研究盾构机在复合地层中刀盘受力特点,基于扩展模型建立了不同类型全刀盘掘土数值模型,研究了全刀盘Mises应力以及推力和扭矩的变化规律,验证了数值计算结果的合理性。基于室内土压平衡盾构掘进试验,研究了盾构机掘进参数在不同地层中的变化规律。研究结果表明,随着刀盘推进深度增加,各类刀盘Mises应力最大值呈增加的趋势。各类地层全刀盘掘进模型的推力及扭矩计算误差均未超过10%,利用扩展Drucker-Prager模型所建立的全刀盘掘进模型是合理的。土压平衡盾构掘进模型试验表明,随着中风化泥质粉砂岩地层占比逐渐增大,盾构机推力有增大的趋势;盾构刀盘扭矩先增大后减小,最后趋于稳定;出土器扭矩变化不明显。整个推进过程中盾构机推力变化范围为6.0～7.7 kN,扭矩变化范围为773.4～1 195.8 N·m,出土器扭矩变化范围为32.5～104 N·m。     

砂土地层土压平衡盾构机适应性改造研究

针对土压平衡盾构机砂层施工设备磨损严重、土压建立困难、沉降不易控制等特点，结合西安地区全段面砂层特点，对投入西安地铁二号线运动公园站～北客站的土压平衡盾构机进行了适应性改造，就刀盘、螺旋输送器、闸门、盾尾注浆壳及加泥设备等关键部位改造进行了说明。工程实践表明：改造后的土压平衡盾构机能够适应砂层掘进，较好的完成了全断面砂层施工任务，可为同类工程盾构机改造或选型提供有益参考。     

土压平衡式盾构掘进顶推力和刀盘扭矩理论研究

利用盾构技术对隧道工程进行掘进施工时,盾构的顶推力和刀盘力矩的大小是控制隧道掘进的两个重要参数,将直接影响掘进过程的难易程度和时间进度。基于土压平衡盾构的原理,运用数学方法和力学平衡法,从理论上分析研究盾构刀盘力矩和顶推力的影响因素,并进行理论推导和计算,根据依托工程的实测值,对比分析顶推力和刀盘扭矩理论计算值与实测值的差异,验证了理论推导和计算结果的正确性,为盾构技术的进一步发展提供理论参考。     

盾构机密封舱土压力分布的有限元数值模拟

为了确定盾构机密封舱渣土的非线性本构模型及其模型中的参数,提出了基于三轴压缩实验数据的参数反演方法。基于土压力理论,建立了盾构机掘进工作面土压力分布模型。基于Duncan-Chang非线性双曲线本构模型,数值模拟了土压平衡盾构机密封舱内的土压力分布特性。数值模拟结果表明:密封舱隔板上的土压力与掘进工作面土压力存在压力差,其大小与刀盘开口率有关。数值模拟的密封舱内土压力分布场为密封舱土压力分布式控制系统提供了参考模型。     

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。     

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构地表沉降预测

为研究地层参数和盾构掘进参数与地表沉降的非线性关联性,依托南京地铁6号线盾构区间,采用人工蜂群算法ABC优化BP神经网络,建立可预测地表沉降的ABC-BP神经网络模型。连续3个断面地表沉降预测结果表明:ABC-BP神经网络的预测精度和预测稳定性优于BP神经网络,且预测值与实测值一致；ABC-BP神经网络可较为准确地反映盾构机接近监测断面过程中的地表变形演变规律,最终实现地表变形控制的目的。提出了ABC-BP神经网络现场应用思路,构建了地层-掘进参数-沉降的关系,进而通过地层参数直接实现对盾构掘进参数和地表变形控制。     

基于气压控制的球体升降高度自动控制系统的研究

针对精确控制球体在管道内升降高度问题,提出一种基于气压控制原理的球体升降高度自动控制系统的设计方法。系统通过控制器控制步进电机转动角度,控制管道内气压的变化,进而控制球体升降高度。测试结果表明该系统能够设定球体升降高度、停留时间、动作次序等运动指令,以无线方式发送控制信息,实时显示球体高度及误差信息。相对误差为1.45%,由球体的运动情况反映管内气压状况,在物理等实验教学领域具有良好的应用前景。     

基于ESO的高空台发动机进气压力控制研究进展

 高空台航空发动机进气压力控制是保障发动机高空模拟试验有效性及可靠性的关键，而基于扩张状态观测器（extended etate observer，ESO）的进气压力控制方法研究，目的是改进控制品质，抑制未知干扰的影响，实现进气压力的快速稳定控制。通过梳理高空台发动机进气压力控制技术的发展现状，阐述了基于ESO的控制方法研究进展及相关问题，并就目前ESO的参数整定及改进设计进行分类总结，提出了基于扩张状态观测器的高空台发动机进气压力控制的未来发展策略和研究方向。     

基于调压的微小型变流量电磁泵控制系统设计

介绍了新研制的小型变流量电磁泵的基于调压控制系统的设计方法,经试验验证,此方法简单、实用、可靠,完全符合该电磁泵的控制要求。     

基于内模与偏差耦合复合的舞台调速吊杆群同步控制方法

以舞台调速吊杆群高精度协调同步运行为目标,针对吊杆运行过程中易受负载扰动和电机参数摄动影响同步效果的问题,在并联同步控制的基础上,用内模控制器取代常规PI跟踪控制器,并与偏差耦合控制方法相结合,构建了基于内模与偏差耦合复合的舞台调速吊杆群同步控制方案,以内模控制增强系统的鲁棒性、位置均值偏差耦合补偿控制改善系统的精度.最后选用3组调速吊杆的同步控制对文中方法进行有效性仿真验证,结果表明,该方法在保证系统具有优良抗干扰性能的同时,较传统PI位置耦合控制具有更好的跟随性能及同步精度.     

基于LS-SVM逆系统的焦炉集气管压力系统内模控制

焦炉集气管压力是炼焦生产过程中重要的工艺参数,其值是否稳定,直接影响到煤气质量、焦炉寿命、焦炭质量和生产环境。针对焦炉集气管压力系统是一个强干扰、非线性和多变量耦合的复杂系统,采用LS-SVM辨识出焦炉集气管压力系统的逆系统模型,并将其串联在原系统之前,运用逆系统的方法将集气管压力系统解耦成2个相互独立的单输入单输出伪线性子系统。同时,对解耦后的系统采用非线性内模控制策略以保证系统的鲁棒性和稳定性。仿真和应用结果表明该控制策略的解耦控制效果较好,提高了系统的快速调节能力和跟踪精度,而且增强了系统的鲁棒性,可以保证焦炉集气管压力稳定在现场工艺要求的范围内。