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盾构液压推进系统的控制仿真研究

作　者: 孙继亮
导　师: 彭天好
学　校: 安徽理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 盾构推进系统比例调速阀比例溢流阀 MATLAB仿真 PID控制模糊控制
分类号: U455.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 306次
引　用: 6次
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内容摘要

盾构技术是随着城市密集化、交通、上下水道、电气控制以及通讯设施的发展而发展起来的先进施工技术，是一种集机械、电气、液压、测控等多学科技术于一体的大型高科技综合技术。随着城市建设的快速发展，该技术已成为国内外工程界的研究热点。相对发达国家，我国盾构技术比较落后，研究盾构技术对推动我国装备制造水平，增强自主创新能力具有重要意义。论文概述了盾构的发展历程、国内外研究现状及其发展趋势，阐明了我国发展盾构技术的意义。在对盾构技术充分调研的基础上，通过阅读、分析及综合大量文献和现场调研，参照浙江大学和上海隧道工程公司共建的盾构模拟实验台，分析了盾构液压推进系统工作原理及其掘进姿态控制的方法，对盾构液压推进控制系统进行了控制仿真研究。应用电液比例控制技术，采用分组联合控制的原则，控制推进液压缸的速度及压力，完成盾构推进过程中的盾构掘进姿态的调整。针对盾构的特点和控制要求，对推进控制系统主要元件进行了选型，建立了推进速度、推进压力控制系统的数学模型，根据建立的模型运用MATLAB仿真工具，对给定的正弦信号和阶跃信号，分别进行了开环控制、PID控制、模糊控制、模糊PID控制的仿真。通过对仿真结果分析比较，可以得出较理想的控制方案。论文所做控制仿真是针对单个液压缸，为了实现液压缸的分组联合控制需设立上位机，通过传感器测得压力、速度或压力速度的变化，传输至上位机，由上位机控制下位机(论文选用可编程控制器(PLC))，控制液压缸的推进速度和压力，进而控制盾构推进姿态，论文对此亦做了探讨，并编写了PLC控制程序。通过对论文研究结果分析，表明采用分组联合控制的方案能够实现对盾构掘进姿态的良好控制。论文最后对研究的课题作了总结与展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
引言  13-14
1 绪论  14-27
  1.1 盾构技术发展概述  14-19
    1.1.1 盾构工法简介  14-16
    1.1.2 盾构工法发展历史  16-17
    1.1.3 发达国家盾构技术现状  17
    1.1.4 我国盾构发展现状及存在的主要问题  17-19
    1.1.5 我国发展盾构的目的和意义  19
  1.2 盾构液压推进系统结构及工作原理  19-25
    1.2.1 推进系统结构设计、工作原理及控制方式  19-23
    1.2.2 压力流量复合控制的常用方法  23-25
  1.3 论文的选题意义与研究内容  25-26
    1.3.1 课题来源及研究意义  25
    1.3.2 论文主要研究内容  25-26
  1.4 本章小结  26-27
2 盾构液压推进系统元件选型与建模  27-47
  2.1 液压推进系统型号选择及适配  27-33
    2.1.1 液压缸主要参数的选择  27-29
    2.1.2 液压泵的参数计算及选型  29-30
    2.1.3 电动机功率计算及选型  30-31
    2.1.4 比例调速阀的选型  31-33
    2.1.5 比例溢流阀的选型  33
  2.2 液压推进系统的模型  33-45
    2.2.1 电机环节  33-36
    2.2.2 液压缸的数学模型  36-38
    2.2.3 电液比例调速阀的数学模型  38-42
    2.2.4 直控式比例溢流阀的数学模型  42-45
  2.3 本章小结  45-47
3 盾构液压推进系统的PID控制  47-70
  3.1 控制系统简介  47-49
    3.1.1 历史回顾  47-48
    3.1.2 开环控制和闭环控制  48-49
      3.1.2.1 开环控制系统  48
      3.1.2.2 闭环控制系统  48-49
  3.2 计算机控制技术概述  49-50
    3.2.1 计算机控制系统的组成  49
    3.2.2 计算机控制技术的发展方向  49-50
  3.3 PID控制技术简介  50-53
    3.3.1 常规数字 PID控制器  51-52
    3.3.2 PID控制参数对系统性能的影响  52
    3.3.3 参数选择方法  52-53
  3.4 盾构推进速度控制  53-57
    3.4.1 推进速度的开环控制  53-55
    3.4.2 推进速度的 PID控制  55-57
  3.5 盾构推进压力控制  57-62
    3.5.1 推进压力的开环控制  58-60
    3.5.2 推进压力的 PID控制  60-62
  3.6 盾构推进压力流量的复合控制  62-69
    3.6.1 复合控制的开环控制  62-66
    3.6.2 复合控制的 PID控制  66-69
  3.7 本章小结  69-70
4 盾构液压推进系统的模糊控制  70-93
  4.1 模糊控制技术简介  70-74
    4.1.1 模糊控制原理  70-71
    4.1.2 模糊控制器的设计  71-74
  4.2 盾构推进系统的模糊控制  74-81
    4.2.1 模糊规则的建立  74-77
    4.2.2 推进速度的模糊控制  77-78
    4.2.3 推进压力的模糊控制  78-79
    4.2.4 压力流量复合控制的模糊控制  79-81
  4.3 盾构液压推进系统的模糊 PID控制  81-86
    4.3.1 推进速度的模糊 PID控制  82-83
    4.3.2 推进压力的模糊 PID控制  83-84
    4.3.3 压力流量复合控制的模糊 PID控制  84-86
  4.4 可编程控制器简介  86-87
    4.4.1 可编程控制器的定义  86-87
  4.5 盾构掘进姿态的控制  87-90
    4.5.1 盾构掘进姿态的控制原理  87-90
    4.5.2 掘进姿态 PLC控制程序  90
  4.6 本章小结  90-93
5 总结与展望  93-95
参考文献  95-98
致谢  98-99
作者简介  99
发表论文  99

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