模拟盾构推进系统的设计和研究

盾构掘进机是一种集电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体的隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。搭建盾构模拟试验平台，可为我国盾构掘进机的设计、制造提供试验数据和理论支持，具有重要的意义。作为模拟盾构的一个关键部分，推进系统的协调动作可以使其保持合适的姿态，是盾构掘进机能够沿着设计路线方向准确向前推进的前提。 本文对模拟盾构推进系统进行了具体的元件选型、液压结构设计以及计算机测控系统的设计，利用AMESim软件对所设计的系统进行了仿真分析，并在AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真环境下，对系统的控制策略进行了分析研究，结果表明系统采用模糊自整定PID控制时，具有良好的动静态特性。试验数据也表明，所设计的系统能对推进速度和推进压力进行较好的控制，基本实现了土压平衡。 本文的主要研究工作内容如下： 第一章综述了国内外盾构技术和盾构掘进机的发展历程，研究现状。简要介绍了课题的研究意义，概述了本文的研究内容。 第二章详细介绍了推进系统原理方案的选择和设计，系统各元件的选型，系统的液压结构设计和计算机测控系统的设计。在设计中对推进系统采用了分组控制技术和集成阀块设计技术，简化了系统结构，降低了能耗，并在系统中采用了压力流量复合控制策略。 第三章针对推进系统的特点，使用AMESim软件工具，建立了推进系统及其负载的仿真模型，对模型中各个参数的值进行了选择和确定，并对其进行了动态仿真。最后结合试验数据，对系统进行了分析。结果表明，采用压力流量复合控制可以在控制推进速度的同时减小其压力波动，基本实现了土压平衡。 第四章针对模拟盾构推进系统速度控制特性和压力控制特性的特点，分别选择了模糊PID复合控制策略以及模糊自整定PID控制策略，介绍了各自的原理和对系统控制的影响，并采用AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真的方式，比较了各控制方法的仿真结果。结果显示模糊PID复合控制和模糊自整定PID控制均有较好的动静态响应特性。 第五章对全文进行了总结和展望。