• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (1): 113-119.doi: 10.3901/JME.2018.01.113

• 特邀专栏:硬岩掘进装备(TBM)的关键基础问题 • 上一篇    下一篇

基于自适应鲁棒控制算法的硬岩隧道掘进机水平方向轨迹纠偏控制

邵诚俊1, 廖建峰2, 刘之涛1, 苏宏业1   

  1. 1. 浙江大学工业控制技术国家重点实验室 杭州 310027;
    2. 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室 杭州 310027
  • 收稿日期:2017-03-02 修回日期:2017-07-19 出版日期:2018-01-05 发布日期:2018-01-05
  • 通讯作者: 刘之涛(通信作者),男,1982年出生,博士,副教授。主要研究方向为鲁棒自适应控制。E-mail:ztliu@zju.edu.cn
  • 作者简介:邵诚俊,男,1990年出生,博士研究生。主要研究方向为TBM自动纠偏与控制。E-mail:scjwater@gmail.com;廖建峰,男,1991年出生,博士研究生。主要研究方向为自适应鲁棒控制。E-mail:874124546@qq.com;苏宏业,男,1969年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为非线性系统控制理论与应用。E-mail:hysu@iipc.zju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点基础研究发展计划(973计划,2013CB035406)、国家自然科学基金重点(61633019)和国家创新研究群体基金(61621002)资助项目。

Trajectory Tracking Control in Horizontal Direction of Open-type Hard Rock Tunnel Boring Machine Based on Adaptive Robust Control Strategy

SHAO Chengjun1, LIAO Jianfeng2, LIU Zhitao1, SU Hongye1   

  1. 1. State Key Laboratory of Industrial Control Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027;
    2. State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310027
  • Received:2017-03-02 Revised:2017-07-19 Online:2018-01-05 Published:2018-01-05

摘要: 硬岩隧道掘进机在施工过程中掘进轨迹与施工设定轴线无法时刻保持一致,需要轨迹纠偏控制来实现施工的顺利进行。敞开式硬岩隧道掘进机可通过调节左右推进油缸推力对装备的水平方向位姿进行调节。对掘进装备的主驱动-推进-撑靴多系统进行运动学分析和动力学建模,得到掘进机的水平方向纠偏调向模型。为解决模型中的参数不确定项和不确定非线性项,利用自适应鲁棒控制策略设计轨迹纠偏控制器,通过仿真结果可知,设计的控制器能快速、平滑且精确地进行纠偏调控。

关键词: 敞开式硬岩隧道掘进机, 动力学模型, 轨迹纠偏, 自适应鲁棒控制

Abstract: Automatic trajectory tracking control is a significant task during tunnel excavation, while the tunnel boring machine is working. The actual excavation path is not always consistent with the design axis. Tasks of steering and posture adjustment of open-type hard rock tunnel boring machine can be achieved by properly adjusting the hydraulic pressure of thrust cylinders. The position and posture rectification kinematics and dynamics models of TBM have been established based on practical investigation. Rather severe parametric uncertainties and uncertain nonlinearities exist in the dynamic model. An adaptive robust control strategy is adopted to achieve precise position and posture trajectory tracking control. Simulation results are obtained to illustrate the effectiveness of the proposed adaptive robust controller.

Key words: adaptive robust control, kinematics and dynamics model, open-type hard rock tunnel boring machine, position and posture rectification

中图分类号: