隧道工程結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略及可靠性研究.pdf

1、隧道工程結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)是以中鐵隧道集團(tuán)的委托項(xiàng)目為支撐，用于模擬隧道開(kāi)挖環(huán)境、開(kāi)挖方法及步序而專門研制的。通過(guò)設(shè)計(jì)該隧道加載平臺(tái)進(jìn)行無(wú)水及高壓水環(huán)境下圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的相互作用、結(jié)構(gòu)受力及變形等模擬試驗(yàn)研究，來(lái)滿足實(shí)際生產(chǎn)施工需要，從而提高施工效率。
　　本論文以液壓加載系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要針對(duì)液壓加載系統(tǒng)的控制方法和可靠性進(jìn)行分析。研究過(guò)程中，首先針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)需要126個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)加載的特殊工況要求，提出了分組并聯(lián)控制的加載方案，

2、分別采用伺服閥和減壓閥作為液壓控制元件，建立力控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真模型，對(duì)比不同PID參數(shù)下的力仿真曲線，設(shè)計(jì)最佳的控制策略，為最終試驗(yàn)臺(tái)加載實(shí)驗(yàn)提供理論參考;然后基于故障樹(shù)分析方法對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行定性定量分析，理論計(jì)算系統(tǒng)可靠度和各底事件的重要度，確定了最容易出故障的液壓部件，同時(shí)對(duì)比了伺服閥系統(tǒng)和減壓閥系統(tǒng)的可靠度，分析了分組并聯(lián)控制對(duì)液壓系統(tǒng)可靠度的影響，提出了一系列改善可靠性的措施;最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，完成試驗(yàn)臺(tái)研制工作，

3、在試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行力加載實(shí)驗(yàn)，以S7-300 PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、電壓輸出、閉環(huán)控制和串口通信等功能，并基于MFC編寫(xiě)人機(jī)交互界面顯示伺服閥系統(tǒng)和減壓閥系統(tǒng)在最佳控制策略下的力加載實(shí)驗(yàn)曲線，與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　結(jié)果表明，采用分組并聯(lián)控制方法可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)液壓缸力同步加載，且減壓閥系統(tǒng)的控制效果明顯優(yōu)于伺服閥系統(tǒng)，加載范圍可達(dá)1～40t，各噸位加載精度均在1％以內(nèi)，充分模擬了隧道開(kāi)挖力環(huán)境，為下一步研究隧