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专利号: 2025101416987
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,方法包括:

在盾构机掘进施工过程中,通过声波勘测仪定点采集并记录隧道内的土质特征数据,获取历史时区的土质特征分布序列,并根据所述土质特征分布序列预测获取未来时区的预测土质特征分布序列;

通过传感器定点监测采集盾构机刀盘内若干个刀具的刀具状态信息,获取历史时区的刀具磨损分布序列,并根据所述刀具磨损分布序列预测获取未来时区的预测刀具磨损分布序列;

对所述预测土质特征分布序列和预测刀具磨损分布序列进行时域对齐和切削区域映射对齐,整合得到预测作业状态数据序列,其中,按照刀具距离刀盘圆心的间隔进行切削区域映射对齐;

基于所述预测作业状态数据序列,以刀盘整体掘进作业误差最小为预期目标,对盾构机的掘进控制参数进行迭代优化分析,直至满足预定寻优规模,输出最优掘进参数序列,控制盾构机执行未来时区的隧道施工;

其中,所述控制盾构机执行未来时区的隧道施工,包括:

在按照所述最优掘进参数序列控制盾构机执行未来时区的隧道施工过程中,采集获取实时土质特征分布和实时刀具磨损分布,并根据相同时间点下的预测土质特征分布和预测刀具磨损分布进行预测误差分析,确定土质特征预测误差和刀具磨损预测误差;

利用样本数据构建误差补偿数据库,并根据所述土质特征预测误差和刀具磨损预测误差匹配获取掘进参数映射补偿系数;

获取当前时间节点的前若干个时间节点的若干个掘进参数映射补偿系数,按照预定渐变权重对所述若干个掘进参数映射补偿系数进行综合计算,得到参数补偿系数,其中,权重与时间间隔负相关;

利用所述参数补偿系数对当前时间节点的最优掘进参数进行优化调整,得到调整最优掘进参数控制盾构机执行当前时间节点的隧道施工。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,通过声波勘测仪定点采集并记录隧道内的土质特征数据,获取历史时区的土质特征分布序列,并根据所述土质特征分布序列预测获取未来时区的预测土质特征分布序列,包括:通过声波勘测仪定点采集并记录隧道内的土质特征数据,获取历史时区内的P个时间点下的P个土质特征分布,生成土质特征分布序列,其中,土质特征包括土质类型、土质硬度、土质结构和水分含量,P为大于10的整数;

利用生成对抗网络构建土质特征变化预测模型,并将所述土质特征分布序列输入所述土质特征变化预测模型,输出未来时区的预测土质特征分布序列,其中,所述预测土质特征分布序列包括未来时区内的P个时间点下的P个预测土质特征分布。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,利用生成对抗网络构建土质特征变化预测模型,包括:根据盾构机的历史掘进作业日志,以P个时间点为筛选约束,采集样本土质特征分布序列集,并采集每个样本土质特征分布序列在未来P个时间点的土质特征分布,得到样本预测土质特征分布序列集;

利用所述样本土质特征分布序列集和样本预测土质特征分布序列集,对生成对抗网络的生成器和判别器进行迭代训练,直至生成损失函数和判别损失函数均收敛,获得所述土质特征变化预测模型。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,通过传感器定点监测采集盾构机刀盘内若干个刀具的刀具状态信息,获取历史时区的刀具磨损分布序列,并根据所述刀具磨损分布序列预测获取未来时区的预测刀具磨损分布序列,包括:通过传感器定点监测采集盾构机刀盘内若干个刀具的刀具状态信息,其中,刀具状态信息包括刀具温度、压力数据和振动特征;

根据所述刀具温度、压力数据和振动特征进行刀具磨损状态评估,获取历史时区的P个时间点下的刀具磨损分布,生成刀具磨损分布序列;

利用生成对抗网络,根据所述刀具磨损分布序列预测获取未来时区的预测刀具磨损分布序列,其中,所述预测刀具磨损分布序列包括未来时区内P个时间点下的P个预测刀具磨损分布。

5.根据权利要求3所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,基于所述预测作业状态数据序列,以刀盘整体掘进作业误差最小为预期目标,对盾构机的掘进控制参数进行迭代优化分析,直至满足预定寻优规模,输出最优掘进参数序列,包括:在所述预测作业状态数据序列中选取第一预测作业状态数据,所述第一预测作业状态数据包括第一时间点下的第一预测土质特征分布和第一预测刀具磨损分布;

根据所述第一预测土质特征分布进行土质分布均匀性分析,根据所述第一预测刀具磨损分布进行刀具整体磨损状态评估,获取第一土质分布均匀系数和第一刀具磨损系数;

基于所述第一土质分布均匀系数和第一刀具磨损系数进行作业精度需求分析,根据第一作业精度设定第一寻优规模,其中,寻优规模为迭代寻优次数,和土质分布均匀系数负相关,和刀具磨损系数正相关;

基于所述第一预测土质特征分布和第一预测刀具磨损分布,以刀盘整体掘进作业误差最小为预期目标,对盾构机的掘进控制参数进行迭代优化分析,直至满足所述第一寻优规模,输出第一最优掘进参数添加至所述最优掘进参数序列。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,基于所述第一预测土质特征分布和第一预测刀具磨损分布,以刀盘整体掘进作业误差最小为预期目标,对盾构机的掘进控制参数进行迭代优化分析,直至满足所述第一寻优规模,输出第一最优掘进参数,包括:搭建盾构机的掘进作业仿真空间,并根据所述第一预测土质特征分布和第一预测刀具磨损分布对掘进作业仿真空间进行参数调整,得到第一掘进作业仿真空间;

获取盾构机的掘进控制参数阈值,并随机生成若干个初始掘进控制参数,其中,掘进控制参数包括推进力、推进速度、刀盘转速和刀盘扭矩;

在所述第一掘进作业仿真空间,根据所述若干个初始掘进控制参数进行模拟掘进作业,输出若干个刀盘整体掘进作业误差,其中,刀盘整体掘进作业误差为若干个刀具覆盖区域的掘进纵深尺寸偏差之和;

根据所述若干个刀盘整体掘进作业误差对所述若干个初始掘进控制参数进行作业适应度标记,获取若干个作业适应度;

基于所述若干个作业适应度和若干个初始掘进控制参数,执行掘进控制参数的迭代优化分析,直至满足所述第一寻优规模,输出所述第一最优掘进参数。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法,其特征在于,基于所述若干个作业适应度和若干个初始掘进控制参数,执行掘进控制参数的迭代优化分析,直至满足所述第一寻优规模,输出所述第一最优掘进参数,包括:将初始掘进控制参数设为初始解,按照作业适应度由大到小对若干个初始解进行排列,生成初始解序列;

将所述初始解序列的前K个解设为优解,后M个解设为劣解,并基于K个优解,对M个劣解进行随机划分和聚类,得到K个解集,其中,K与M均为正整数,且M为K的整倍数;

在所述K个解集内,以优解为调整方向,按照预定参数调整幅度对解集内的劣解进行一次调整,得到K个更新解集,其中,若调整后的劣解不满足所述掘进控制参数阈值,则随机生成初始解对该劣解进行替换;

识别所述K个更新解集,若在同一更新解集内,劣解的适应度大于优解的适应度,则用劣解替换优解;

进行迭代寻优,直至达到所述第一寻优规模,输出K个当前解集,并对K个当前解集分别进行适应度求和,将适应度之和最大的当前解集设为当前最优解集,输出所述当前最优解集的优解设为所述第一最优掘进参数。

8.一种盾构机掘进误差补偿控制系统,其特征在于,用于实施权利要求1至7中任意一项所述的一种盾构机掘进误差补偿控制方法的步骤,包括:预测土质特征分布序列获取单元,用于在盾构机掘进施工过程中,通过声波勘测仪定点采集并记录隧道内的土质特征数据,获取历史时区的土质特征分布序列,并根据所述土质特征分布序列预测获取未来时区的预测土质特征分布序列;

预测刀具磨损分布序列获取单元,用于通过传感器定点监测采集盾构机刀盘内若干个刀具的刀具状态信息,获取历史时区的刀具磨损分布序列,并根据所述刀具磨损分布序列预测获取未来时区的预测刀具磨损分布序列;

预测作业状态数据序列得到单元,用于对所述预测土质特征分布序列和预测刀具磨损分布序列进行时域对齐和切削区域映射对齐,整合得到预测作业状态数据序列,其中,按照刀具距离刀盘圆心的间隔进行切削区域映射对齐;

掘进控制参数迭代优化单元,用于基于所述预测作业状态数据序列,以刀盘整体掘进作业误差最小为预期目标,对盾构机的掘进控制参数进行迭代优化分析,直至满足预定寻优规模,输出最优掘进参数序列,控制盾构机执行未来时区的隧道施工;

其中,所述掘进控制参数迭代优化单元还用于:

在按照所述最优掘进参数序列控制盾构机执行未来时区的隧道施工过程中,采集获取实时土质特征分布和实时刀具磨损分布,并根据相同时间点下的预测土质特征分布和预测刀具磨损分布进行预测误差分析,确定土质特征预测误差和刀具磨损预测误差;

利用样本数据构建误差补偿数据库,并根据所述土质特征预测误差和刀具磨损预测误差匹配获取掘进参数映射补偿系数;

获取当前时间节点的前若干个时间节点的若干个掘进参数映射补偿系数,按照预定渐变权重对所述若干个掘进参数映射补偿系数进行综合计算,得到参数补偿系数,其中,权重与时间间隔负相关;

利用所述参数补偿系数对当前时间节点的最优掘进参数进行优化调整,得到调整最优掘进参数控制盾构机执行当前时间节点的隧道施工。