[发明专利]一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法

权利要求书

1.一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、划分滚刀磨损等级：设置滚刀磨损警戒值，当滚刀磨损量未达到磨损警戒值的一半时，该状态为滚刀少量磨损，将滚刀少量磨损视为一级磨损等级；

当滚刀磨损量超过磨损警戒值的一半且未达到磨损警戒值时，该状态为滚刀一般磨损，将滚刀一般磨损视为二级磨损等级；

当滚刀磨损量达到磨损警戒值时，该状态为滚刀显著磨损，将滚刀显著磨损视为三级磨损等级；

当滚刀磨损量超过磨损警戒值时，该状态为滚刀严重磨损，将滚刀严重磨损视为四级磨损等级；

步骤二、建立复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集并对评价指标集中二级评价指标参数进行分段：建立复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集，所述复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集包括多个一级评价指标，每个一级评价指标中包括一个或多个二级评价指标；

二级评价指标为连续型指标变量或离散型指标变量；

当二级评价指标为连续型指标变量时，采用三个分段参数将二级评价指标实际参数划分入四个磨损等级内；

当二级评价指标为离散型指标变量时，采用四个模糊性语言将二级评价指标实际参数划分入四个磨损等级内；

步骤三、确定一级评价指标和每个一级评价指标内二级评价指标的权重：对多个一级评价指标按照重要程度递增的顺序进行排序，同时对排好序的多个一级评价指标按照升序赋予相应的数字标度值，根据公式构造一级评价指标的判断矩阵C¹，其中，J为一级评价指标的数量且J不小于3，为第i个一级评价指标的数字标度值和第j个一级评价指标的数字标度值的比值，i和j均取1,2，…，J；

对一级评价指标的判断矩阵C¹进行一致性检验，直至一级评价指标的判断矩阵C¹满足一致性；

根据公式计算第i个一级评价指标的权重

将多个一级评价指标的权重组合成一级评价指标权重向量W¹且

对一级评价指标权重向量W¹进行归一化处理，得到一级评价指标归一化权重向量

再获取第i个一级评价指标内二级评价指标的权重，对第i个一级评价指标内二级评价指标按照重要程度递增的顺序进行排序，同时对排好序的二级评价指标按照升序赋予相应的数字标度值，根据公式构造第i个一级评价指标内二级评价指标的判断矩阵其中，M为第i个一级评价指标内二级评价指标的数量，为第i个一级评价指标内第n个二级评价指标的数字标度值和第i个一级评价指标内第m个二级评价指标的数字标度值的比值，n和m均取1,2，…，M；

对第i个一级评价指标内二级评价指标的判断矩阵进行一致性检验，直至第i个一级评价指标内二级评价指标的判断矩阵满足一致性；

根据公式计算第i个一级评价指标内第n个二级评价指标的权重

将第i个一级评价指标内所有二级评价指标的权重组合成第i个一级评价指标内二级评价指标权重向量Wⁱ²且

对第i个一级评价指标内二级评价指标权重向量Wⁱ²进行归一化处理，得到第i个一级评价指标内二级评价指标归一化权重向量

步骤四、确定每个一级评价指标的模糊矩阵：确定第i个一级评价指标内第n个二级评价指标的隶属函数，当二级评价指标为连续型指标变量时，该二级评价指标的隶属函数为岭形隶属函数，分别设定四个磨损等级的隶属函数参考值，针对一级磨损等级和二级磨损等级上的隶属函数参考值建立该二级评价指标的第一连续隶属函数，针对一级磨损等级、二级磨损等级和三级磨损等级上的隶属函数参考值建立该二级评价指标的第二连续隶属函数，针对二级磨损等级、三级磨损等级和四级磨损等级上的隶属函数参考值建立该二级评价指标的第三连续隶属函数，针对三级磨损等级和四级磨损等级上的隶属函数参考值建立该二级评价指标的第四连续隶属函数，将二级评价指标的实测值分别带入四个连续隶属函数中得到四个隶属度值，该四个隶属度值组合形成该二级评价指标的模糊矩阵，将第i个一级评价指标内所有二级评价指标的模糊矩阵组合形成该第i个一级评价指标的模糊矩阵D_i；

当二级评价指标为离散型指标变量时，该二级评价指标的隶属函数为三角型隶属函数，分别设定四个磨损等级的隶属函数等级赋值，针对一级磨损等级和二级磨损等级上的隶属函数等级赋值建立该二级评价指标的第一离散隶属函数，针对一级磨损等级、二级磨损等级和三级磨损等级上的隶属函数等级赋值建立该二级评价指标的第二离散隶属函数，针对二级磨损等级、三级磨损等级和四级磨损等级上的隶属函数等级赋值建立该二级评价指标的第三离散隶属函数，针对三级磨损等级和四级磨损等级上的隶属函数等级赋值建立该二级评价指标的第四离散隶属函数，将二级评价指标的实际赋值分别带入四个离散隶属函数中得到四个隶属度值，该四个隶属度值组合形成该二级评价指标的模糊矩阵，将第i个一级评价指标内所有二级评价指标的模糊矩阵组合形成该第i个一级评价指标的模糊矩阵D_i；

步骤五、一级模糊评判获取一级评价指标隶属度：根据公式计算第i个一级评价指标的隶属度；

步骤六、二级模糊评判获取磨损等级隶属度：将所有一级评价指标的隶属度组合形成磨损等级的模糊矩阵D；根据公式计算磨损等级隶属度B；

步骤七、根据公式计算磨损等级隶属度B的有效性α，其中，β为磨损等级隶属度B中最大隶属度占所有隶属度之和的比重，γ为磨损等级隶属度B中第二大隶属度占所有隶属度之和的比重；

步骤八、判断有效性α是否不小于0.5：当有效性α小于0.5时，执行步骤九；当有效性α不小于0.5时，根据最大隶属度原则，确定磨损等级隶属度B中最大隶属度对应的磨损等级为当前滚刀磨损等级，执行步骤十；

步骤九、确定当前滚刀磨损等级：对磨损等级隶属度B中隶属度从大至小进行排序，选取磨损等级隶属度B中排位前N的隶属度，根据公式计算N个隶属度对应的标准差σ，其中，q为磨损等级隶属度B中排位前N的隶属度的编号且q取1,2，…，N，b_q为磨损等级隶属度B中排位前N的隶属度中第q个隶属度，为磨损等级隶属度B中排位前N的隶属度的平均值；

根据公式计算磨损等级参考值F，b_i为磨损等级隶属度B中第i个隶属度，A_i为b_i对应的磨损等级值，k为系数；

当磨损等级参考值F2时，当前滚刀磨损等级为一级磨损等级；

当磨损等级参考值2≤F2.5时，当前滚刀磨损等级为二级磨损等级；

当磨损等级参考值2.5≤F3时，当前滚刀磨损等级为三级磨损等级；

当磨损等级参考值F≥3时，当前滚刀磨损等级为四级磨损等级；

确定当前滚刀磨损等级后执行步骤十；

步骤十、控制滚刀换刀：当前滚刀磨损等级为一级磨损等级时，滚刀少量磨损，滚刀继续使用；

当前滚刀磨损等级为二级磨损等级时，滚刀一般磨损，滚刀继续使用；

当前滚刀磨损等级为三级磨损等级时，滚刀显著磨损，盾构机停机检查，操作人员人工判断是否换刀；

当前滚刀磨损等级为四级磨损等级时，滚刀严重磨损，盾构机停机，更换刀具。