盾构机支护作业液压同步及位置控制系统研究

发布时间：2023-01-26 00:42

　　盾构机是地铁隧道、公路涵洞施工中一种常用工程机械。盾构机支护作业作为施工中一项必不可少环节,其支护油缸同步及位置控制精度对整体施工质量发挥着决定性作用。因此,在保证施工安全前提下,如何提高支护油缸控制精度成为该领域研究重点。针对钢拱架安装器水平油缸同步及位置控制问题,论文采用电液伺服比例技术,结合主从同步控制策略对系统整体控制原理进行研究。利用拉普拉斯变换的数学工具建立控制系统数学模型,推导传递函数并使用Bode判据分析稳定性。基于AMESim多学科领域复杂系统建模仿真平台,搭建控制系统仿真模型,针对动态特性、定位及同步跟随误差进行分析。针对实际采用的PLC控制模式,进一步研究了在离散条件下的PID控制策略,并采用优化过的PID控制参数对离散系统进行校正,得出系统最佳控制方式。为适应节能、环保的要求,采用恒压泵及蓄能器对液压系统进行了大幅度的改进,利用AMESim仿真软件针对恒压泵的排量、蓄能器的容积及充气压力对节能效果的影响进行了研究,并得出较好的控制参数。结果表明,在盾构机支护作业双缸液压控制系统中,采用主从同步控制策略与PID控制相结合方式,系统在响应速度与同步控制精度、位置定位... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究目的与意义
    1.2 盾构机支护作业简介
    1.3 国内外研究现状与分析
        1.3.1 盾构机支护作业发展现状
        1.3.2 液压同步控制技术研究现状
        1.3.3 液压位置控制技术研究现状
        1.3.4 国内外文献综述简析
    1.4 主要研究内容
第2章 液压同步及位置控制系统整体方案研究
    2.1 盾构机支护作业工作原理及技术指标
        2.1.1 盾构机支护作业工作原理
        2.1.2 技术指标
    2.2 液压同步及位置控制系统方案研究与分析
        2.2.1 液压控制系统方案研究
        2.2.2 液压控制系统原理分析
        2.2.3 液压系统主要参数计算与元件型号确定
        2.2.4 PLC控制系统硬件选型
        2.2.5 PLC控制系统软件简介
    2.3 本章小结
第3章 液压同步及位置控制系统数学模型建立与稳定性分析
    3.1 数学模型的建立
        3.1.1 阀控非对称缸传递函数的建立
        3.1.2 伺服比例阀传递函数的模拟辨识
        3.1.3 伺服比例阀放大器传递函数的建立
        3.1.4 位移传感器传递函数的建立
        3.1.5 同步位置误差反馈传递函数的建立
    3.2 传递函数参数的确定
        3.2.1 阀控非对称缸传递函数参数的确定
        3.2.2 伺服比例阀传递函数参数的确定
        3.2.3 伺服比例阀放大器传递函数参数的确定
        3.2.4 位移传感器传递函数参数的确定
        3.2.5 同步位置误差反馈传递函数参数的确定
    3.3 稳定性分析
    3.4 本章小结
第4章 基于AMESim液压同步及位置控制系统建模研究
    4.1 AMESim仿真概述
        4.1.1 液压仿真概述
        4.1.2 AMESim软件简介
    4.2 伺服比例阀模型的建立
        4.2.1 针对伺服比例阀静态特性的AMESim模型参数确定
        4.2.2 针对伺服比例阀动态特性的AMESim模型参数确定
    4.3 伺服油缸模型的建立
    4.4 负载模型的建立
    4.5 PLC离散控制系统仿真模型建立与参数确定
        4.5.1 液压位置控制系统模型的建立
        4.5.2 液压位置控制系统模型的参数确定
        4.5.3 液压同步控制系统模型的建立
        4.5.4 液压同步控制系统模型的参数确定
    4.6 本章小结
第5章 液压同步及位置控制系统特性分析与PID优化研究
    5.1 PLC离散控制系统未校正的动态特性与误差分析
        5.1.1 动态特性分析
        5.1.2 定位误差分析
        5.1.3 同步误差分析
    5.2 PID参数优化与确定
        5.2.1 PID控制原理简介
        5.2.2 PID优化指标
        5.2.3 PID优化工具
        5.2.4 PID优化仿真建模
        5.2.5 PID优化结果
    5.3 采用优化参数的PID校正系统的动态特性与误差分析
        5.3.1 动态特性分析
        5.3.2 定位误差分析
        5.3.3 同步误差分析
    5.4 本章小结
第6章 液压控制系统能耗及节能方式研究
    6.1 定量泵溢流阀系统能耗研究
        6.1.1 能耗模型建立与参数确定
        6.1.2 系统误差影响分析
        6.1.3 系统能耗分析
    6.2 定量泵溢流阀蓄能器系统能耗研究
        6.2.1 能耗模型建立与参数确定
        6.2.2 系统误差影响分析
        6.2.3 系统能耗分析
    6.3 恒压式变量泵溢流阀系统能耗研究
        6.3.1 能耗模型建立及参数确定
        6.3.2 系统误差影响分析
        6.3.3 系统能耗分析
    6.4 节能方式比较分析与结论
    6.5 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]道路模拟试验台电液伺服系统仿真研究[J]. 邹喜红,罗洋,袁冬梅,柳春林,刘瑜.  机床与液压. 2019(02)
[2]电液比例位置同步线性自抗扰控制[J]. 王立新,赵丁选,刘福才,刘谦,孟凡亮.  控制理论与应用. 2018(11)
[3]关于电液比例位置控制系统的死区模糊补偿控制研究[J]. 李心宇.  内燃机与配件. 2018(18)
[4]连续顶升液压控制系统仿真分析与验证[J]. 周玉伟,章青,石云飞.  中国机械工程. 2018(16)
[5]某型车载雷达天线同步举升系统仿真研究[J]. 夏鑫,王海波.  机床与液压. 2018(07)
[6]基于自适应PID控制的双护盾TBM液压同步控制系统研究[J]. 贾晓辉,李宏波,周建军,翟乾智,喻伟.  液压气动与密封. 2018(04)
[7]车载液压系统支撑液压缸的同步控制[J]. 卢红,石立城,毛尔东.  机床与液压. 2018(01)
[8]基于模糊PID的流式细胞仪液流主从控制系统[J]. 王志超,董明利,刘超,张文昌.  液压与气动. 2017(02)
[9]S7-200 SMART型PLC的技术特点[J]. 廖常初.  电世界. 2016(07)
[10]基于NLPQL算法的电动轮汽车差速助力转向参数优化[J]. 徐晓宏,赵万忠,王春燕,陈伟.  中南大学学报(自然科学版). 2012(09)

博士论文
[1]阀控非对称缸系统的建模与控制方法研究[D]. 叶小华.合肥工业大学 2015

硕士论文
[1]煤炭运输机液压及电控系统设计与研究[D]. 王云峰.沈阳工业大学 2018
[2]隧道穿越断层破碎带的支护方法与力学响应分析[D]. 赵军科.西安科技大学 2018
[3]负值弹性刚度负载作用下电液位置伺服系统的研究[D]. 郑宝剑.武汉科技大学 2018
[4]盾构机液压推进系统故障诊断技术研究[D]. 周洋.华北水利水电大学 2018
[5]船台小车液压控制系统设计与研究[D]. 郭政.沈阳工业大学 2017
[6]冲击式水轮机多喷针同步控制系统研究[D]. 杜博然.哈尔滨工业大学 2017
[7]电液负载模拟装置非线性控制方法研究[D]. 岳欣.南京理工大学 2017
[8]基于PLC的电液比例控制试验台控制系统设计研究[D]. 胡奇.武汉工程大学 2016
[9]200t大型装备多点液压同步顶升—横移系统设计及工程应用[D]. 朱栋.西安建筑科技大学 2016
[10]动力翼伞飞行特性与控制研究[D]. 康鹤云.国防科学技术大学 2016



本文编号：3731973