TBM隧道掘进机推进系统的研究

摘要

TBM隧道掘进机是随着城市密集化、交通、上下水道、电气控制与通讯设施的发展而发展起来的先进隧道施工设备,是一种集机械、电气、液压、测控等诸多学科于一体的隧道掘进专用工程设备。随着城市建设的发展,该技术已成为国内外工程界的研究热点。研究TBM隧道掘进机技术对推动我国装备制造水平,增强自主创新能力有重要意义。论文概述了TBM的发展历程、国内外研究现状及发展趋势,阐明了我国发展隧道掘进机技术的意义。本课题是以天山TBM隧道掘进机改造项目为背景,论文主要分为两个部分：第一,论文在分析TBM隧道掘进机结构组成特点以及隧道施工工艺的基础上,根据实际工程项目的改造要求,对TBM隧道掘进机控制系统进行方案设计。该方案包括系统硬件结构设计、选型及控制程序的编写。对控制程序的编写,本文着重介绍了掘进机刀盘驱动系统与TBM自动推进系统的推力控制和扭矩控制这两个方面。并且在此基础上参与现场调试。第二,分析系统特点,提出扭矩、推力协调控制的双闭环结构控制系统。第三,论文结合推进系统工作原理,对其进行了建模,并利用MATLAB语言编程与SIMULINK仿真相结合的方法,对推力控制分别采用了扭矩与推力的双闭环PID控制,模糊PID控制与神经网络PID控制的仿真。通过仿真结果,最终得到较理想的控制方案。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的内容和工作

2 TBM隧道掘进机结构组成与工作流程

2.1 TBM隧道掘进机的组成结构

2.1.1 TBM主机系统的组成

2.1.2 TBM后配套系统组成

2.2 TBM工作流程

2.3 小结

3 TBM隧道掘进机控制系统硬件设计

3.1 TBM控制系统硬件设计

3.2 PLC与I/O模块的选取

3.3 PLC编程软件UNITY PRO

3.4 TBM推进系统三种工作模式

3.5 小结

4 TBM隧道掘进机控制系统程序设计

4.1 TBM刀盘启动控制方案设计

4.1.1 刀盘系统接线图

4.1.2 刀盘系统I/O分配表

4.1.3 刀盘系统软件设计

4.2 TBM自动推进模式控制方案设计

4.2.1 推进系统I/O分配表

4.2.2 自动推进系统软件设计

4.3 小结

5 TBM隧道掘进机推进系统仿真

5.1 TBM隧道掘进机推进系统的建模

5.2 SIMULINK的简介

5.3 模糊PID控制方法的仿真

5.3.1 PID原理简介

5.3.2 模糊PID控制器原理

5.3.3 模糊PID仿真的实现

5.4 神经网络PID控制方法的仿真

5.4.1 人工神经网络概述

5.4.2 BP神经网络

5.4.3 神经网络PID原理

5.4.4 Kp、Ki、Kd参数控制

5.4.5 神经网络PID算法的流程

5.4.6 神经网络PID仿真的实现

5.5 本章小结

6 TBM隧道掘进机推进系统PID控制方案设计

6.1 TBM推进系统控制方案设计

6.2 本章小结

7 现场调试

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 进一步的工作与展望

致谢

参考文献