TBM掘进参数智能控制系统的研究与应用

目前TBM智能化作业水平较低,无法实现岩体信息实时感知以及掘进参数的智能决策,影响TBM掘进效率,卡机、涌水突泥等安全事故也时有发生。为解决上述问题,研发一套TBM掘进参数智能控制系统,通过分析岩体状态参数与TBM掘进参数的相关关系,采用数据挖掘的方法建立岩机信息感知互馈模型; 在此基础上构建智能决策控制体系,实现掘进参数的预测以及掘进状态评价; 通过手动或自动控制模式对TBM掘进参数进行优化调整,使TBM保持安全高效的掘进状态。该系统软件在引松供水工程TBM施工中应用效果良好,对提高TBM掘进效率和保障施工安全具有重大意义,可为TBM隧道的科学化、智能化施工提供指导。     

适于TBM施工的HSP法实时预报技术设计与实现

为实现TBM施工隧道的实时地质预报，以TBM刀盘滚刀破岩震动作为震源的HSP法地质预报技术为基础，通过分析TBM施工工艺与机身结构特点，对HSP系统硬件和软件进行优化设计，使其小型化、自动化和智能化，并搭载于TBM上进行智能控制。在TBM掘进过程中，首先，通过隧道轮廓位置的检波器连续或高频次地采集地震反射波信号； 然后，经系统软件对数据的自动处理，实时获取掌子面前方地层反射特征参数图谱； 其次，通过智能识别技术完成对不良地质反射界面的有效拾取与判识； 最后，实现不良地质的探测。通过对适于TBM施工的HSP法实时预报技术进行优化设计，实时探查前方地层不良地质(体)位置、规模与性质，为TBM的高效施工起到一定的推助作用。     

基于CSM改进模型的TBM刀盘关键参数相关性研究

为掌握TBM掘进参数与地质参数、操作参数、刀盘刀具设计参数的相关性，基于滚刀受力CSM模型，通过近似计算与推导，建立了滚刀破岩力与结构参数、TBM操作参数、地层强度参数σc的定量关系模型。同时，通过室内缩尺滚刀试验，对推导的模型参数关系进行验证。针对TBM掘进参数与围岩条件的匹配性关系，以大瑞铁路高黎贡山隧道TBM施工为依托，通过数据统计分析与对比，提出使用转矩与推力的比值作为判断地层完整性发生变化的依据。     

新街台格庙矿区斜井隧道双模式盾构关键掘进参数配置研究

为了解决盾构关键掘进参数的合理配置问题,实现盾构在不同地层条件下安全、快速、高效掘进,以新街矿区斜井隧道工程为依托,在研究斜井隧道工程地质条件的基础上,提出了双模盾构掘进参数配置的原则;分析计算双模式盾构在2种掘进模式下的最大切深、土舱压力以及盾构推力、刀盘扭矩等关键掘进参数,确定了在EPB模式和单护盾TBM模式下的最大切深分别为28r/min和19 r/min,并提出了在6个地质区间下双模盾构关键掘进参数的配置建议。     

基于围岩力学参数的TBM净掘进速率多元回归预测模型

TBM净掘进速率与围岩地质条件密切相关，特别是岩体力学参数。为研究TBM净掘进速率与围岩力学参数之间的内在联系，以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景，选取岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、泊松比、变形模量等围岩力学参数，进行TBM净掘进速率与围岩力学参数相关性分析，得到相应的拟合关系式。在单因素分析的基础上，经过线性处理，建立TBM净掘进速率的多元线性回归预测模型。研究结果表明： TBM净掘进速率与围岩力学参数之间具有明显的线性相关性，TBM净掘进速率随单轴抗压强度、单轴抗拉强度和变形模量的增大而减小，随泊松比的增大而增大； TBM净掘进速率多元线性回归预测模型总体上精度较高，其预测误差在15%以内，且对不同围岩类型具有较强的适用性。研究成果能够为TBM施工性能评估提供新的参考。     

基于MATLAB全模型方法的AMT控制系统开发

现有AMT控制软件开发普遍采用手写代码或单个模型方法,开发周期长、研发维护费用高。本文提出一种基于MATLAB全模型的软件开发方法,通过构建全功能覆盖的模型架构、基于时间调度的代码生成策略、底层信号到模型参数的自动映射、数据接口的统一管理、脚本控制的模型代码自动集成与编译等,实现了控制模型的高效开发与可靠集成,并得到应用验证。     

中铁隧道集团成功破解TBM掘进与衬砌同步的世界性难题

中铁隧道集团在南疆铁路吐库二线中天山隧道施工中解决了TBM掘进与衬砌无法同步的世界难题，实现了TBM掘进与衬砌施工同步进行，获得TBM施工工艺的重大改进和突破。目前中铁隧道TBM掘进与同步衬砌施工工艺已申报国家工法专利。     

TBM掘进模态综合实验平台升级改造研究

为建立全断面岩石隧道掘进机刀盘不同位置滚刀载荷分布规律，防止TBM滚刀及刀座频繁过载失效，通过对TBM掘进模态综合实验平台升级改造，研发了单把滚刀载荷测试方法，实现了单刃滚刀、中心双联滚刀以及不同规格滚刀载荷的直接获取； 开发了滚刀载荷和转速监测系统，实现了滚刀载荷和转速数据的实时采集和无线传输； 制造了可安装不同规格滚刀、刀间距和刀高差可调的多功能刀盘，实现了刀盘刀具多种方式布置。TBM掘进模态综合实验平台的升级改造为TBM刀盘不同位置滚刀载荷分布规律、刀盘刀具布置等滚刀破岩理论的研究提供了实验工具，为TBM滚刀载荷实时监测提供了新方法。     

基于GRA-SSA-Elman的隧洞TBM掘进适应性评价

为准确评价隧洞施工TBM掘进适应性，保障TBM安全、高效施工，提出一种基于灰色关联分析（GRA）与麻雀搜索算法（SSA）优化Elman神经网络的TBM掘进适应性预测模型。首先，从地质条件、掘进参数、不良地质、施工组织4个方面综合考虑，初步选取13个主要影响因素，建立隧洞TBM掘进适应性评价指标体系； 然后，利用GRA分析指标与掘进适应性间的关联性，引入SSA优化Elman神经网络，提高模型性能，并采用留一交叉验证法验证模型的准确性及可靠性，使得模型最接近原始数据分布特征； 最后，结合北疆水利工程某标段中待测样本对模型预测效果进行验证，同时与Elman、PSO-Elman、BP神经网络模型预测结果及现场实际结果对比分析。结果表明： SSA-Elman模型预测结果与实际工程结果吻合度较高，该模型能够正确、有效地对TBM掘进适应性进行预测评价，且具有合理性和可操作性，可为隧洞TBM适应性评价提供一种新方法。     

基于线性回归法的TBM滚刀贯入度预测研究

为解决盾构施工中全断面隧道掘进机(TBM)滚刀贯入度的预测问题,使其更好地应用于所处地层,依托深圳地铁6号线的相关数据及中铁TBM云管理平台的数据处理功能,定性分析TBM破岩过程,并将破岩的宏观过程划分为3个阶段;采用线性回归方法,依次从贯入度与掘进推力的关系、贯入度与刀盘转矩的关系对TBM滚刀贯入度的变化情况进行量化分析,并在这一过程中推导得到TBM掘进的贯入度与推力、转矩的参数预测模型,并结合现场实测结果对线性回归法的预测结果进行验证。结果表明:1)TBM在不同阶段的贯入度、推力及转矩均有不同程度的变化,且相互之间存在一定的关联;2)掘进参数的线性回归预测模型经过验证是合理的,表明线性回归法适用于TBM掘进参数的预测,可视具体情况为隧道工程实施阶段掘进参数的调整提供理论指导和参考。     

基于自动深度学习盾构掘进姿态预测与控制

提出了基于自动深度学习（AutoDL）算法和多目标优化算法的结合可实现数据驱动的姿态偏差控制指导,用于盾构掘进姿态的预测与控制,以解决现有盾构掘进姿态预测中所面临的执行难度高、成本高、效率低等问题,可用于自动精准地预测盾构掘进姿态随着工程进展的动态变化趋势,并针对盾构机施工状态执行多目标优化算法,快速自动搜寻最优策略,实时调整合适的盾构操作参数,减少对于现场操作人员经验和主观判断的依赖。以上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程隧道A线工程为例,展示该算法框架的优越性。研究结果有助于降低深度学习进入盾构智能控制领域的门槛,推动智能盾构发展。     

基于Simulink的柴油引燃式天然气发动机控制模型开发

为了提高柴油引燃式天然气发动机在中小负荷的热效率,采用具备电子节气门的电子控制系统,利用Simulink软件开发了针对该系统的具有电子节气门控制功能的发动机控制模型,通过自动代码生成工具生成嵌入式代码,并下载至发动机控制器进行试验。试验结果表明,该节气门控制算法具有较好的控制效果,发动机控制算法能够有效控制发动机中小负荷的混合气空燃比,明显提高热效率。     

高压共轨轨压PID控制算法自动代码生成应用研究

运用Matlab/Simulink的Real Time Workshop Embedded Coder模块生成PID控制代码,与发动机控制算法集成,应用于高压共轨柴油机轨道压力控制。通过PCMaster软件监控和标定PID控制参数,在VM R425DOHC柴油机上进行调节,调节后的控制参数取得预期的轨压控制结果。研究结果表明,在发动机控制算法开发中应用自动代码生成技术,可以实现建模和底层代码的分离,加快控制算法的开发。     

驱动桥智能化建模系统中关键技术的详细设计

文中研究的驱动桥智能化建模系统的关键技术包括：驱动桥总体和零部件方案的确定、数据库对象实体设计、尺寸约束函数库的建立、知识约束库的设计以及参数更新算法的设计等：通过对驱动桥关键技术的详细设计，实现对关键技术算法和块内数据结构的计算机描述的目的。     

基于主成分分析与BP神经网络的TBM围岩可掘性分级实时识别方法研究

TBM 围岩可掘性等级实时在线识别和预警对TBM 安全高效以及智能化掘进意义重大,基于新疆EH 隧洞工程直径为7. 0 m 的敞开式TBM 实际掘进数据与地质数据, 通过TBM 掘进性能与施工风险的特征参数指标对围岩进行可掘性分级。在对不同围岩 下区分度较好的掘进参数进行主成分分析之后,获得表征围岩可掘性等级的2 个主成分指标,并在此基础上构建BP 神经网络对围 岩可掘性等级进行识别。同时,为提高模型响应速度,设计了一个MATLAB 程序,从而获得了实用性较强的围岩可掘性等级实时识 别方法。     

港口照明智能控制系统设计

开发港口照明系统的智能调光系统,并通过网络对港口照明系统进行集中网络控制与管理可实现港口照明综合节能。文中对港口照明智能控制系统进行分析,构建了无线传感网络与局域网组合的港口照明智能控制系统构架,同时解决了港口照明系统关键技术问题：港口照明控制单元的主控电路、检测电路以及通信电路等,结合港口GIS技术,设计了港口照明智能控制软件的架构,并对系统的功能进行分解与描述。     

混合动力重型货车参数局部与集成优化仿真研究

动力耦合系统的动力源参数匹配和能量管理策略两者相互关联，为提高混合动力重型货车的综合性能，两者应集成设计。针对混合动力重型货车参数匹配需反复计算、验证的特点，在Matlab/Simulink中建立了可缩放、自动寻优的参数匹配模型。以经济性为目标函数，基于粒子群算法进行动力源参数匹配，得到局部最优动力源参数结果。针对混合动力重型货车中广泛采用的基于规则的能量管理策略，其规则控制中一些阈值参数不确定的问题，应用粒子群算法对其关键控制参数进行优化，得到局部最优控制参数。为了实现全局最优的匹配结果，将动力源部件参数和控制策略参数进行集成优化，以动力性为约束条件，经济性最优为优化目标，得到全局最优的参数匹配结果。对比显示，全局优化匹配效果相较于动力源参数局部优化提升11.4%、相较于控制策略参数局部优化提升12.4%。     

无级变速汽车自动驾驶系统模糊控制策略

为研究无级变速汽车自动驾驶系统的模糊控制策略，建立了简化的基于底盘测功机的无级变速汽车和自动驾驶系统模型。考虑到传动系统的高阶时变非线性特性、输入和输出之间的耦合效应以及汽车运行工况和复杂的外界环境因互的影响，提出了把参数自调整的模糊ＰＩ控制算法用于油门控制系统，混合型模糊ＰＩＤ控制算法用于发动机转速控制系统。仿真结构表明，文中给出的自动驾驶系统的模糊控制策略是可行和有效的，具有实用价值。