地下連續(xù)墻雙輪銑槽機(jī)電液控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、地下連續(xù)墻技術(shù)以其優(yōu)越的性能成為城市建設(shè)開發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域，是一種使用價(jià)值很高的施工技術(shù)。雙輪銑槽機(jī)是目前針對(duì)地下連續(xù)墻工法最先進(jìn)的施工設(shè)備，為適應(yīng)于堅(jiān)硬地層、在巖石中構(gòu)筑大深度地下連續(xù)墻的需要而開發(fā)的一種成槽設(shè)備。在地下連續(xù)墻施工中，雙輪銑槽機(jī)穿越地層深度跨度廣，銑削深度變化大，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，對(duì)雙輪銑槽機(jī)電液控制系統(tǒng)性能提出了高要求。但目前我國(guó)雙輪銑槽機(jī)項(xiàng)目仍處于起步階段，雙輪銑槽機(jī)高精度、高響應(yīng)電液控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)相對(duì)滯后，

2、而國(guó)外壟斷企業(yè)均將雙輪銑槽機(jī)的研究成果列為重點(diǎn)保密技術(shù)。本文針對(duì)地下連續(xù)墻施工對(duì)雙輪銑槽機(jī)電液控制系統(tǒng)的特殊需求，通過(guò)原理設(shè)計(jì)、理論建模、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法展開研究，具體內(nèi)容如下:
　　第一章，介紹了地下連續(xù)墻施工工法的發(fā)展概況及雙輪銑槽機(jī)的工作原理和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，在闡述了雙輪銑槽機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)和銑削系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了雙輪銑槽機(jī)電液控制系統(tǒng)的特殊性，指出了本課題研究的必要性和創(chuàng)新性，對(duì)進(jìn)給液壓系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理、進(jìn)給壓力控制策略、銑削系統(tǒng)壓力補(bǔ)償及泵控銑輪調(diào)速控制等幾方面進(jìn)行了綜述，提出了本課題的主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，針對(duì)地下連續(xù)墻施工對(duì)雙輪銑槽機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的特殊性能要求和施工動(dòng)作需要，提出了一種基于伺服比例閥控液壓馬達(dá)的新型進(jìn)給液壓系統(tǒng)方案，建立了該進(jìn)給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，指出由于巖石或土壤復(fù)雜的負(fù)載特性，進(jìn)給速度與地質(zhì)條件、銑削轉(zhuǎn)速等存在耦合關(guān)系，且其動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，數(shù)學(xué)模型未知，因此本文將模糊控制引入到多擾動(dòng)系統(tǒng)中，提

4、出針對(duì)雙輪銑槽機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊積分滑模(AFISMC)控制算法，結(jié)合進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，將其成功應(yīng)用于進(jìn)給壓力控制系統(tǒng)，在MATLAB/Simulink-AME Sim聯(lián)合仿真平臺(tái)上驗(yàn)證了AFISMC控制算法的性能。
　　第三章，對(duì)雙輪銑槽機(jī)進(jìn)給壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行了液壓模擬實(shí)驗(yàn)研究，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)需要承擔(dān)巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和難以估量的技術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)，搭建雙輪銑槽機(jī)液壓模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)成為開展雙輪銑槽機(jī)電液控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)。采用與雙輪銑

5、實(shí)際進(jìn)給系統(tǒng)1∶1的比例，可精確復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)，確保相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以切實(shí)有效的反映實(shí)際雙輪銑槽機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)，在所搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)AFISMC進(jìn)給壓力控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行量化分析，實(shí)驗(yàn)表明AFISMC進(jìn)給壓力控制器具有良好的動(dòng)態(tài)性能，可以有效抑制外部擾動(dòng)。
　　第四章，設(shè)計(jì)了大深度泥漿環(huán)境下銑輪動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償裝置，針對(duì)雙輪銑槽機(jī)銑削系統(tǒng)工作過(guò)程中機(jī)頭振動(dòng)嚴(yán)重，泥漿壓力波動(dòng)劇烈，且銑輪減速箱封閉容腔內(nèi)部體積較小的

6、特性，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了基于氣體阻尼元件的壓力補(bǔ)償器，詳細(xì)闡述了該壓力補(bǔ)償器的工作原理和具體結(jié)構(gòu)，并建立了其壓力傳遞的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，采用線性化方法對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入分析和合理簡(jiǎn)化，優(yōu)化壓力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了氣體阻尼元件對(duì)壓力補(bǔ)償器在降低脈動(dòng)、吸收沖擊、平滑補(bǔ)償壓力方面的有效性，并分析了主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其壓力補(bǔ)償性能的影響。
　　第五章，采用開式變量泵遠(yuǎn)程控制銑削液壓馬達(dá)調(diào)速，針對(duì)雙輪銑槽機(jī)銑削系統(tǒng)調(diào)速控制中銑

7、輪受力狀態(tài)復(fù)雜、負(fù)載特性未知的特點(diǎn)，針對(duì)性的設(shè)計(jì)了AFISMC控制策略，將自適應(yīng)控制的參數(shù)自整定特性、滑模控制的魯棒性以及模糊系統(tǒng)不依賴數(shù)學(xué)模型的特性結(jié)合起來(lái)。通過(guò)自適應(yīng)模糊系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象中的未知模型進(jìn)行有效逼近，為消除自適應(yīng)模糊系統(tǒng)的逼近誤差，采用積分滑模理論通過(guò)前饋和反饋機(jī)構(gòu)補(bǔ)償模糊系統(tǒng)的逼近誤差。自適應(yīng)不僅面向模糊控制器本身，而且面向積分滑?？刂破鞯膮?shù)。通過(guò)自適應(yīng)規(guī)律，在線實(shí)時(shí)調(diào)整模糊系統(tǒng)輸出模糊集合和積分滑?？刂频那袚Q增益，采

8、用共同Lyapunov函數(shù)法證明整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)、積分滑模控制器和被控對(duì)象的穩(wěn)定性。通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了AFISMC算法控制銑削系統(tǒng)調(diào)速的性能。
　　第六章，設(shè)計(jì)了基于泵控變量馬達(dá)的新型銑削系統(tǒng)液壓方案，解決雙輪銑槽機(jī)銑削系統(tǒng)液壓長(zhǎng)管道、大控制容腔所造成的液壓動(dòng)力傳遞響應(yīng)滯后，影響銑削系統(tǒng)調(diào)速動(dòng)態(tài)性能的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了基于干擾觀測(cè)器的多輸入多輸出非線性控制策略，協(xié)同控制銑削系統(tǒng)供油壓力與銑削轉(zhuǎn)速，利用