【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及盾構機，具體為一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法。
技術介紹
1、盾構機刀盤驅動系統的主要功能是提供刀盤旋轉和推進的動力，刀盤驅動系統通過合理的功率分配和動態控制，平衡切削過程中的轉矩變化，確保刀盤在開挖過程中不會發生失穩，通過控制刀盤的轉速和扭矩應對不同的土壤和巖石特性，保證盾構機適應性和有效性，精確的控制可以實時監測刀盤的工作狀態，及時發現異常情況，如過載、溫度升高等，降低事故風險，確保設備及作業人員的安全。
2、盡管目前刀盤驅動控制系統具備基本的監測功能，但故障診斷依賴于手動檢查與事后分析，無法實現實時監控和自主故障預警，延誤了應急處理的時機，降低了盾構機的工作效率。
技術實現思路
1、(一)解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，具備通過傳感器收集刀盤驅動系統的數據，包括刀盤轉速、盾構機推進力、電機的電流和功率、刀具磨損狀態、土壤濕度、土壤密度、電機的溫度和振動數據，對上述采集數據進行濾波，對濾波后數據進行時間序列分析，計算趨勢與均值，根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力與刀盤轉速，并通過公式預測刀盤溫度變化，計算控制誤差，對誤差進行pid控制調整輸出，對誤差進行控制后，對刀盤轉速、扭矩與溫度參數進行閾值監測，判斷刀盤驅動系統的異常情況，出現異常時通過主控系統對刀盤驅動系統進行調整優化，通過該方法的應用彌補了手動檢查刀盤驅動系統異常的缺陷，對刀盤驅動系統進行實時監
3、(二)技術方案
4、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，包括以下步驟：
5、s1、通過傳感器收集刀盤驅動系統的刀盤轉速數據、盾構機推進力數據、電機的電流和功率數據、刀具磨損狀態數據、土壤濕度數據、土壤密度數據、電機的溫度和振動數據；
6、s2、對s1中采集的所有數據進行濾波，對濾波后數據進行時間序列分析并計算處理后的數據趨勢與均值；
7、s3、根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力與刀盤轉速，并預測刀盤溫度變化；
8、s4、根據系統期望達到的目標與實際測量的過程變量計算控制誤差，對誤差進行pid控制調整輸出；
9、s5、對誤差進行控制后，對刀盤轉速、扭矩與溫度參數進行閾值監測，判斷刀盤驅動系統的異常情況，出現異常時通過主控系統對刀盤驅動系統進行調整優化。
10、優選的，所述s2對采集數據進行濾波的公式如下所示：
11、
12、公式中，smat,a表示時刻t的移動平均，n表示濾波窗口大小，xt-i表示原始數據，i表示數據計數下標，下標a指代采集的刀盤驅動系統的刀盤轉速數據、盾構機推進力數據、電機的電流和功率數據、刀具磨損狀態數據、土壤濕度數據、土壤密度數據、電機的溫度和振動數據，表示對采集的數據從第一個數據到第n-1個數據進行求和，并除以濾波窗口的選定大小n，得到濾波后的數據。
13、優選的，所述s2對濾波后數據進行時間序列分析，計算數據均值的公式如下所示：
14、
15、公式中，jx表示數據均值，m表示數據點的總數，kci表示第i個數據點，i表示數據計數下標，表示對濾波后的數據從第一個數據到第m個數據進行求和，并除以數據點的總數m得到所求數據的均值，d表示采集的刀盤驅動系統的刀盤轉速數據、盾構機推進力數據、電機的電流和功率數據、刀具磨損狀態數據、土壤濕度數據、土壤密度數據、電機的溫度和振動數據。
16、優選的，所述s2對濾波后的數據進行趨勢分析，公式如下所示：
17、ya＝m*x+b
18、公式中，ya表示數據因變量，m表示斜率，x表示數據自變量，b表示截距，反映了趨勢的方向和強度。
19、優選的，所述s3根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力，計算公式如下所示：
20、f＝psxl*jxxl
21、公式中，f表示刀盤推進力，psxl表示輸入功率，jxxl表示機械效率。
22、優選的，所述s3根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤轉速，計算公式如下所示：
23、
24、公式中，dpzs表示刀盤轉速，fc表示頻率，pjds表示無量綱極對數，60表示每分鐘60秒，60*fc表示將產生的轉速以轉每分鐘為單位。
25、優選的，所述s3預測刀盤溫度變化的公式如下所示：
26、
27、公式中，t(t)表示在時刻t的溫度值，t0表示初始溫度，系統在未受載的基準溫度，δt表示溫度變化量，t表示溫度變化的持續時間，tmax表示達到最大溫度所需的總時間，時間值通過時間戳直接監測獲取；
28、δt計算公式如下：
29、
30、公式中，t2表示后一個時刻的溫度值，t1表示前一個時刻的溫度值。
31、優選的，所述s4計算控制誤差的公式如下所示：
32、e(t)＝r(t)-y(t)
33、公式中，e(t)表示控制誤差，r(t)表示系統期望達到的目標，y(t)表示實際測量的過程變量。
34、優選的，所述s4對誤差進行pid控制的公式如下所示：
35、
36、公式中，u(t)表示控制器的輸出，用于調整系統達到設定的目標值，e(t)表示控制誤差，ki表示積分增益，∫e(t)dt表示誤差的積分，用于獲得過去一段時間內誤差的累計值，大于零的積分會隨著時間逐漸增加，強化控制作用，kd表示微分增益，決定了控制系統對誤差變化速率的響應程度，它預測未來的誤差變化，如果誤差快速增大，微分項會產生一個反向控制輸出，從而減少系統過沖，表示誤差的導數，即誤差隨時間的變化速率，這個項用于減緩系統動態反應，防止過度調整。
37、優選的，所述s5對刀盤轉速、扭矩與溫度參數進行閾值監測，判斷刀盤驅動系統的異常情況，判斷方式如下所示：
38、當刀盤轉速超過刀盤轉速閾值，刀盤扭矩超過刀盤扭矩閾值，刀盤溫度超過刀盤溫度閾值時，此時刀盤驅動系統主動預警異常，主控系統發出優化控制指令至刀盤驅動系統進行系統控制優化。
39、與現有技術相比，本專利技術提供了一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，具備以下有益效果：
40、本專利技術通過傳感器收集刀盤驅動系統的數據，包括刀盤轉速、盾構機推進力、電機的電流和功率、刀具磨損狀態、土壤濕度、土壤密度、電機的溫度和振動數據，對上述采集數據進行濾波，對濾波后數據進行時間序列分析，計算趨勢與均值，根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力與刀盤轉速，并通過公式預測刀盤溫度變化，計算控制誤差，對誤差進行pid控制調整輸出，對本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S2對采集數據進行濾波的公式如下所示：
3.根據權利要求2所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S2對濾波后數據進行時間序列分析，計算數據均值的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S2對濾波后的數據進行趨勢分析，公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S3根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力，計算公式如下所示：
6.根據權利要求5所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S3根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤轉速，計算公式如下所示：
7.根據權利要求6所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S3預測刀盤溫度變化的公式如下所示：
8.根據權利要求7所述的一種盾構機刀
9.根據權利要求8所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S4對誤差進行PID控制的公式如下所示：
10.根據權利要求9所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述S5對刀盤轉速、扭矩與溫度參數進行閾值監測，判斷刀盤驅動系統的異常情況，判斷方式如下所示：
...【技術特征摘要】
1.一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述s2對采集數據進行濾波的公式如下所示：
3.根據權利要求2所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述s2對濾波后數據進行時間序列分析，計算數據均值的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述s2對濾波后的數據進行趨勢分析，公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種盾構機刀盤驅動系統的控制方法，其特征在于：所述s3根據上述處理與計算的數據實時調整刀盤的工作狀態，計算刀盤推進力，計算公式如下所示：
6.根據權利要求5所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉永勝，李鳳遠，韓偉鋒，任穎瑩，郭衛社，王雅文，何蒙蒙，陳瑞祥，石凱麗，江南，張合沛，萬雪鈺，陳橋，
申請(專利權)人：盾構及掘進技術國家重點實驗室，
類型：發明
國別省市：
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