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[發(fā)明專利]一種硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法及系統(tǒng)有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710937469.1 申請日: 2017-09-30
公開(公告)號: CN107632523B 公開(公告)日: 2019-07-23
發(fā)明(設計)人: 李建斌;荊留杰;李鵬宇;徐受天;楊晨;焦妮 申請(專利權)人: 中鐵工程裝備集團有限公司
主分類號: G05B13/04 分類號: G05B13/04
代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權代理有限公司 41125 代理人: 張紹琳;栗改
地址: 450016 河南省*** 國省代碼: 河南;41
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 tbm 掘進 控制 參數(shù) 智能 決策 方法 系統(tǒng)
【權利要求書】:

1.一種硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法,其特征在于,其步驟如下:

步驟一:建立包含圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫的工程數(shù)據(jù)庫;

步驟二:根據(jù)圍巖狀態(tài)參數(shù)得到連續(xù)的圍巖等級W;利用三層神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機和最小二乘回歸的方法對工程數(shù)據(jù)庫中的圍巖狀態(tài)參數(shù)和掘進控制參數(shù)進行數(shù)據(jù)挖掘和機器學習,通過數(shù)學計算獲取巖機互饋模型和智能控制決策模型;

步驟三:巖機互饋模型根據(jù)TBM上位機在線實時獲取的掘進參數(shù)對當前掘進環(huán)境的圍巖狀態(tài)參數(shù)進行預估,智能控制決策模型根據(jù)獲得的圍巖狀態(tài)參數(shù)對最佳掘進控制參數(shù)進行預估,將累積平均預估參數(shù)和當前預估參數(shù)顯示在TBM上;

步驟四:利用累積平均預估參數(shù)和當前預估參數(shù)對TBM的當前掘進參數(shù)進行自動或手動調(diào)整;

步驟五:將TBM實時掘進參數(shù)和其他TBM工程數(shù)據(jù)庫傳送至工程數(shù)據(jù)庫,進入步驟二對巖機互饋模型和智能控制決策模型進行自學習自更新;

所述圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)有:單刀推力Ft、單刀扭矩Tn、貫入度P、刀盤轉(zhuǎn)速n、推進速度V;所述掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)有:巖石單軸飽和抗壓強度Rc、單位巖體體積的節(jié)理數(shù)Jv、圍巖等級W;

所述巖機互饋模型的獲取方法為:

步驟一:利用工程數(shù)據(jù)庫中的圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫求取圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N=[Rc,Jv,W];提取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中對掘進循環(huán)有用的前10%掘進參數(shù)數(shù)據(jù)組成上升段掘進參數(shù)矩陣M1=[Ft,Tn,P,n,V];

步驟二:建立一個三層神經(jīng)網(wǎng)絡,將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入,圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出,對初始神經(jīng)網(wǎng)絡進行有監(jiān)督的學習;選取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中70%的數(shù)據(jù)進行訓練,30%的數(shù)據(jù)進行測試,得到一個成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡Net1,獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ynet1;

步驟三:利用支持向量機將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入,圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出,對其進行數(shù)據(jù)回歸;選取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中70%的數(shù)據(jù)進行訓練,30%的數(shù)據(jù)進行測試,得到一個成熟的回歸學習機svm1,獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ysvm1;

步驟四:利用最小二乘回歸的方法將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入,圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出得到數(shù)學模型如下:

獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Yreg1;

步驟五:將步驟二-四得到的圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ynet1、Ysvm1和Yreg1進行數(shù)學平均:獲得的巖機互饋模型Y1。

2.根據(jù)權利要求1所述的硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法,其特征在于,所述根據(jù)圍巖狀態(tài)參數(shù)得到連續(xù)的圍巖等級W的方法是:

步驟一:將單位巖體體積的節(jié)理數(shù)Jv轉(zhuǎn)化為完整程度指標Kv的節(jié)點處進行插值,通過擬合得到擬合值Kv'=e(-0.05Jv-0.11)

步驟二:根據(jù)工程巖體分級標準,利用單軸飽和抗壓強度Rc和擬合值Kv’求取巖體基本質(zhì)量指標BQ的值;

步驟三:將巖體基本質(zhì)量指標BQ轉(zhuǎn)化為圍巖等級W的節(jié)點處進行插值,通過擬合得到圍巖等級:W=7-0.01*BQ,得到連續(xù)的圍巖等級。

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