盾构刀盘变频驱动系统控制策略研究
发布时间：2021-10-24 10:29
随着国民经济的快速发展,盾构装备在国家地铁项目建设、水利水电隧道、山岭铁路隧道、国防建设等基础设施建设被广泛采用。一条隧道是否能够顺利贯通,盾构能否适应工程地质条件是关键。而刀盘驱动处于盾构掘进的最前端,与工程地质结合最紧密,是整台盾构各个系统的核心部件。因此,如何控制刀盘驱动系统具有深远的意义。文章简述了盾构的基本结构和工作原理,介绍刀盘主驱动的结构形式和电液驱两种驱动方法。重点介绍了当前电驱主驱动同步控制的研究现状,提出了适合工程应用的主驱动的自适应扭矩限幅的滑差控制PLC保护策略。通过仿真软件MATLAB建立应用模型进行模拟仿真,并设计刀盘变频驱动扭矩试验台验证控制策略的有效性。首先对刀盘负载的特性进行了针对性的介绍,简要阐述了异步电机矢量控制数学模型。对比分析了目前主流的刀盘主驱动变频器两种控制方式,根据两种控制方式的特点以及各个厂家盾构变频驱动的实际应用效果,最终选开环矢量控制为刀盘变频控制策略的基础。仿真验证阶段,采用MATLAB软件进行仿真模型的建立与仿真。首先搭建滑差控制的数学模型,介绍了各个模块的功能。然后在MATLAB环境中进行模型的建立,对不带耦合的滑差开环矢量控...
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
土压平衡式盾构结构图
动系统动系统、驱动电机（马达）及其控制系统的组盘同步驱动系统，如图 1-2 所示。对于主驱动掘进环境，保证切削过程的可靠运行，是需要的主驱动系统是驱动刀盘完成土体切削的重要过程中各种参数发生变化，导致刀盘负载扭矩求较高，需具有大惯性、大功率和承受负载剧驱动系统的控制技术的不断进步。目前盾构主种是液压驱动，另一种是电机驱动。液压驱动能较好，能够满足带载启动、无极调速等要求构。大直径盾构中，因为盾体内空间足够以及变频电驱驱动方式。
图 1-3 盾构主驱动系统结构图 1-3 所示，采用电机驱动方式时，主驱动系统由驱动电机经减速机通过安全连接轴与小齿轮相连（后来随着技术的发展，安全扭矩限制器，一般在电机后面连接扭矩限制器，扭矩限制器连速机与小齿轮相连），小齿轮系与大齿圈通过外啮合或内啮合方旋转。采用变频器驱动方式时，通过变频器、编码器（根据变频是否配置）及电压电流变送器可实时检测电机输出转速、电流及以计算出驱动电机的输出转矩及功率。多台变频电机的同步驱动种：一种是转速并联方式，即给所有电机的转速设定同一个目标电机转速向目标值接近。另一种是选取一台电机为主电机，实时机的输出转矩值，并以之作为从电机的转矩给定值。这两种控制，便于实现，但是对于多电机同步误差指标来讲属于开环控制，同步性能不够理想，有待于进一步改善。实际应用中，随着盾构技术的不断发展，盾构生产厂家研发了空
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电机速度同步自适应积分滑模控制[J]. 马文华,张冬梅,刘昕彤,王建强. 包装工程. 2017(15)
[2]Droop功能在轧线辊道电机的应用[J]. 王继伟. 冶金设备. 2015(S1)
[3]盾构机刀盘变频驱动控制系统研究[J]. 任亚军,赵明. 机械与电子. 2015(04)
[4]盾构刀盘驱动系统多电机同步控制策略研究[J]. 张合沛,陈馈,李凤远,王助锋. 建筑机械化. 2014(10)
[5]盾构及TBM刀盘驱动电机控制探讨[J]. 吴朝来. 建筑机械化. 2014(06)
[6]动态转矩补偿限幅控制在连续酸洗线中的应用[J]. 王春力,王云杰. 冶金自动化. 2014(02)
[7]磁粉制动器加载特性研究[J]. 刘京亮,宋影,刘飞,程爽,王兴林. 航空精密制造技术. 2013(02)
[8]双模式全断面掘进机探讨[J]. 张宁川,李光. 隧道建设. 2013(04)
[9]盾构刀盘驱动装置行星齿轮减速器的国产化研制[J]. 劳懿斌. 建设机械技术与管理. 2012(11)
[10]盾构机刀盘驱动系统同步控制技术的研究[J]. 史步海,李伟青. 计算机测量与控制. 2012(05)
博士论文
[1]盾构机刀盘同步驱动系统自适应均载控制研究[D]. 刘然.大连理工大学 2013
[2]基于动力学的盾构机行星传动系统的可靠性研究[D]. 赵勇.重庆大学 2011
硕士论文
[1]盾构刀盘多小齿轮和大齿轮并联传动动力学分析[D]. 魏复超.湖南大学 2015
[2]EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统的研究[D]. 张魏友.南京理工大学 2013
[3]盾构机同步驱动及远程监控系统的研究与开发[D]. 李伟青.华南理工大学 2012
[4]盾构机刀盘系统的同步驱动研究[D]. 罗亚琴.大连理工大学 2011
[5]基于CC-LINK的EPB盾构机刀盘驱动监控系统设计[D]. 吴玉鹏.广西工学院 2011
[6]盾构刀盘回转驱动液压系统建模与仿真研究[D]. 滕韬.中南大学 2010
[7]异质岩土工况下土压平衡盾构载荷等效及传递特性研究[D]. 曾晓星.上海交通大学 2009
[8]盾构技术在城市地铁施工中的应用研究[D]. 郑晓燕.哈尔滨工程大学 2007
[9]盾构刀盘液压驱动系统研究[D]. 郑久强.浙江大学 2006
本文编号：3455121
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
土压平衡式盾构结构图
动系统动系统、驱动电机（马达）及其控制系统的组盘同步驱动系统，如图 1-2 所示。对于主驱动掘进环境，保证切削过程的可靠运行，是需要的主驱动系统是驱动刀盘完成土体切削的重要过程中各种参数发生变化，导致刀盘负载扭矩求较高，需具有大惯性、大功率和承受负载剧驱动系统的控制技术的不断进步。目前盾构主种是液压驱动，另一种是电机驱动。液压驱动能较好，能够满足带载启动、无极调速等要求构。大直径盾构中，因为盾体内空间足够以及变频电驱驱动方式。
图 1-3 盾构主驱动系统结构图 1-3 所示，采用电机驱动方式时，主驱动系统由驱动电机经减速机通过安全连接轴与小齿轮相连（后来随着技术的发展，安全扭矩限制器，一般在电机后面连接扭矩限制器，扭矩限制器连速机与小齿轮相连），小齿轮系与大齿圈通过外啮合或内啮合方旋转。采用变频器驱动方式时，通过变频器、编码器（根据变频是否配置）及电压电流变送器可实时检测电机输出转速、电流及以计算出驱动电机的输出转矩及功率。多台变频电机的同步驱动种：一种是转速并联方式，即给所有电机的转速设定同一个目标电机转速向目标值接近。另一种是选取一台电机为主电机，实时机的输出转矩值，并以之作为从电机的转矩给定值。这两种控制，便于实现，但是对于多电机同步误差指标来讲属于开环控制，同步性能不够理想，有待于进一步改善。实际应用中，随着盾构技术的不断发展，盾构生产厂家研发了空
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电机速度同步自适应积分滑模控制[J]. 马文华,张冬梅,刘昕彤,王建强. 包装工程. 2017(15)
[2]Droop功能在轧线辊道电机的应用[J]. 王继伟. 冶金设备. 2015(S1)
[3]盾构机刀盘变频驱动控制系统研究[J]. 任亚军,赵明. 机械与电子. 2015(04)
[4]盾构刀盘驱动系统多电机同步控制策略研究[J]. 张合沛,陈馈,李凤远,王助锋. 建筑机械化. 2014(10)
[5]盾构及TBM刀盘驱动电机控制探讨[J]. 吴朝来. 建筑机械化. 2014(06)
[6]动态转矩补偿限幅控制在连续酸洗线中的应用[J]. 王春力,王云杰. 冶金自动化. 2014(02)
[7]磁粉制动器加载特性研究[J]. 刘京亮,宋影,刘飞,程爽,王兴林. 航空精密制造技术. 2013(02)
[8]双模式全断面掘进机探讨[J]. 张宁川,李光. 隧道建设. 2013(04)
[9]盾构刀盘驱动装置行星齿轮减速器的国产化研制[J]. 劳懿斌. 建设机械技术与管理. 2012(11)
[10]盾构机刀盘驱动系统同步控制技术的研究[J]. 史步海,李伟青. 计算机测量与控制. 2012(05)
博士论文
[1]盾构机刀盘同步驱动系统自适应均载控制研究[D]. 刘然.大连理工大学 2013
[2]基于动力学的盾构机行星传动系统的可靠性研究[D]. 赵勇.重庆大学 2011
硕士论文
[1]盾构刀盘多小齿轮和大齿轮并联传动动力学分析[D]. 魏复超.湖南大学 2015
[2]EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统的研究[D]. 张魏友.南京理工大学 2013
[3]盾构机同步驱动及远程监控系统的研究与开发[D]. 李伟青.华南理工大学 2012
[4]盾构机刀盘系统的同步驱动研究[D]. 罗亚琴.大连理工大学 2011
[5]基于CC-LINK的EPB盾构机刀盘驱动监控系统设计[D]. 吴玉鹏.广西工学院 2011
[6]盾构刀盘回转驱动液压系统建模与仿真研究[D]. 滕韬.中南大学 2010
[7]异质岩土工况下土压平衡盾构载荷等效及传递特性研究[D]. 曾晓星.上海交通大学 2009
[8]盾构技术在城市地铁施工中的应用研究[D]. 郑晓燕.哈尔滨工程大学 2007
[9]盾构刀盘液压驱动系统研究[D]. 郑久强.浙江大学 2006
本文编号：3455121
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