[發明專利]一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制裝置及方法

有效

• 申請號: 202110762064.5
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113489403B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 賈連輝;孫志洪;張鵬;黃景濤;李向春;謝彥昆;李航;蘇新波
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/20;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/22;H02P5/46
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 侯天印;郝博

本發明提出了一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制裝置及方法，涉及盾構機控制技術領域，該裝置包括：多臺盾構機驅動系統及上位機；其中，每個盾構機驅動系統分別與上位機連接，并通過電機帶動齒輪轉動，向刀盤輸送動力；上位機采集每個盾構機驅動系統的反饋信息，并通過轉矩協同控制算法計算出每個盾構機驅動系統的轉矩補償量，發送至相應的盾構機驅動系統進行電機協同控制。利用該裝置及方法可以在復雜工況環境下通過轉速觀測器實現轉速閉環控制，并通過負載均衡環節對刀盤負載進行分配，實現各電機轉矩協同輸出。

技術領域

本發明涉及盾構機控制技術領域，尤指一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制裝置及方法。

背景技術

盾構隧道掘進機是一種用于挖掘地下隧道工程的專業掘進裝備。盾構機掘進系統是集自動化、機械化、計算機等多學科于一體的龐大體系工程應用器械，主要由盾構刀盤及輔助設施構成。其中盾構機盾體一般體積大、負載功率大，需要多個電機協同驅動工作。在盾構機工作過程中，需要控制刀盤轉速穩定，因此對每臺電機的控制精度有很高的要求。但是盾構機常面臨復雜工況條件，掘進施工的地質條件隨機性強，波動性大，常出現負載突增突減以及偏載的情況，因此對電機載荷適應性要求較高。

盾構機刀盤通過大齒圈與小齒圈的嚙合作用將負載轉矩分配到各電機上。在負載波動劇烈的情況下易造成刀盤負載分配不均衡，部分電機輸出的轉矩大于其余電機，造成轉軸受力不均，嚴重時會引起斷軸事故，影響工程進度。因此需要協同控制刀盤上的電機根據負載情況對轉矩進行分配。

目前，國內外盾構掘進系統大多使用轉速PID控制或是直接轉矩控制策略，針對多電機控制主要分為主從控制和并行控制兩大類，其中主從控制由于從電機響應主電機轉速存在延時，造成系統整體響應速度較慢，無法對復雜多變的掘進工況做出準確的響應，因此不適用于盾構機地下掘進場合；并行控制是一種典型的非耦合控制，每臺電機有著相同的給定參考值，但是當其中一臺電機參數變化時，其他臺電機不能得到相關信號，不能做出調整。為了令電機之間相互耦合，有學者提出了相鄰交叉耦合控制，其基本思想是耦合相鄰電機之間的速度和轉矩誤差信號，設計比例控制器對參考值進行補償，從而提高系統的抗干擾能力。傳統的相鄰交叉耦合策略能夠將單臺電機的擾動信息通過耦合傳遞到所有電機上，但每經過一次傳遞，擾動信號會存在一定程度上的削弱，且擾動信號傳遞過程也會引入一定的延時，影響系統整體協同性能。特別的，由于盾構機工作環境惡劣，電機轉速傳感器工作受限，不能實現電機轉速采樣。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制裝置及方法。本發明可以在復雜工況環境下通過轉速觀測器實現轉速閉環控制，并通過負載均衡環節對刀盤負載進行分配，實現各電機轉矩協同輸出。

在本發明實施例的第一方面，提出了一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制裝置，該裝置包括：多臺盾構機驅動系統及上位機；其中，

每個盾構機驅動系統分別與上位機連接，并通過電機帶動齒輪轉動，向刀盤輸送動力；

上位機采集每個盾構機驅動系統的反饋信息，并通過轉矩協同控制算法計算出每個盾構機驅動系統的轉矩補償量，發送至相應的盾構機驅動系統進行電機協同控制。

在本發明實施例的第二方面，提出了一種盾構機驅動系統的多電機均載協同控制方法，該方法包括：

每個盾構機驅動系統分別與上位機連接，并通過電機帶動齒輪轉動，向刀盤輸送動力；

上位機采集每個盾構機驅動系統的反饋信息，并通過轉矩協同控制算法計算出每個盾構機驅動系統的轉矩補償量，發送至相應的盾構機驅動系統進行電機協同控制。

在本發明實施例的第三方面，提出了一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現盾構機驅動系統的多電機均載協同控制方法。