[发明专利]盾构机及其土压动态特性建模方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种盾构机及其土压动态特性建模方法、装置及存储介质，该RBF‑ARX模型的输入变量包括出土螺旋机转速、盾构机推进速度平均值和总推进力，输出变量为盾构机密封舱土压的平均值。选择土压平衡盾构机土压子系统各变量在各种工作状态下的多组历史数据作为模型的辨识数据，以模型输出预测误差的平方和作为优化函数，通过极小化该优化函数得到土压RBF‑ARX模型的参数与结构。本发明在模型参数的优化中，将输入输出阶跃响应方向、模型静态放大系数容许范围、模型稳定性等动态模式约束要求加入土压RBF‑ARX模型参数的优化过程，建立了能描述盾构机土压子系统主要变量动态关系的预测模型。

技术领域

本发明涉及土压平衡盾构机密封舱土压动态响应模式以及数学建模技术领域，特别是一种盾构机及其土压动态特性建模方法、装置及存储介质。

背景技术

作为一种广泛应用于软土地层地下隧道工程的大型机器，土压平衡(EPB)盾构机由刀盘、盾体、螺旋输送机、推进装置等组成。主要通过控制螺旋输送机速度来维持密封舱内土压的平衡。密封舱土压在工作过程中必须控制一个正常的平衡态，才能保证掘进任务安全有效的进行。若参数控制不当就会导致密封舱内土压失衡，地面因此沉降或者隆起，进而发生严重的安全事故。因此，针对土压平衡盾构机密封舱土压系统进行建模是掘进任务中的重要一环。然而，复杂多变的地下工作环境对建模任务提出了挑战。目前，土压平衡控制最常见的一种方法是基于操作者的经验来调节螺旋输送机的转速，这种方法通常是滞后的，可能会导致路径偏移、地面沉降或隆起、机器故障等一系列的问题，可能影响施工质量和效率。

为了克服这些问题，建立一个精确的土压平衡盾构机密封舱土压系统预测模型，实时地预测密封舱压力就显得尤为重要。许多研究者通过联合土压平衡盾构机密封舱土压平衡的实际表现和理论建模研究，提出了基于机理的模型和基于智能手段的模型等两种方向。已有文献对密封舱压力与掘进参数关系的研究都是基于定性分析和理论推导。这些研究成果一般都是在一定的假设和理想条件下取得的，为掘进面稳定性的研究提供了良好的理论基础。但是，由于密封舱内的压力不仅受到盾构机多个系统的联合作用，还与掘进任务中的密封舱内介质成分、地质条件等有关，很难建立准确有效的机理模型。因此基于施工数据的建模方法就更加受到欢迎。

现有技术的RBF-ARX模型在进行建模时没有考虑到土压平衡盾构机密封舱土压系统的动态响应特性，造成基于此模型的控制器控制效果不佳，控制过程存在偏差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种盾构机及其土压动态特性建模方法、装置及存储介质，加入动态响应特性的约束，使得所构造的模型能够更好地描述土压平衡盾构机密封舱土压系统的动态响应特性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种盾构机土压动态特性建模方法，包括以下步骤：

S1、构造土压平衡盾构机密封舱土压动态特性的RBF-ARX模型：

R(k-1)＝[r(k-1)^T r(k-2)^T … r(k-Nr)^T]^T

其中，Center_q＝[(center_q,1)^T (center_q,2)^T … (center_q,Nr)^T]^T；