盾构机刀盘系统隧道开凿应用仿真设计.docx

摘要：随着科学信息技术的飞速发展，盾构机作为一种挖掘隧道的工程机械将推动地下空间的开发。其中刀盘在盾构机起切削土层和支撑切削面的作用，是盾构的重要组成部分，其驱动部分是盾构机的核心部件之一。由于盾构机使用环境复杂多变使得驱动部分的控制变得困难。我国设计的盾构机在系统集成和适应性及可靠性能等方面与国外的产品来比较，仍然存在较大的距离，而且制造成本过高，关于对主驱动控制部分的设计与实现，还存在一定难度。本文就将对盾构机刀盘驱动系统的控制进行仿真。

在对盾构机刀盘驱动系统的控制进行仿真过程中将对多电机的控制策略进行介绍。本文中多电机的同步控制采用的同步控制方法是多电机并行同步控制。文中将介绍常用的多电机同步控制的方法和各个控制方法的优缺点以及选用并行同步控制为盾构机中多电机同步运行控制策略的原因。本课题中的电机采用的是鼠笼型异步电机，因此在对电机进行控制时采用控制效果较为平滑，调速范围较广的异步电机矢量控制。对于矢量控制中的转速控制器本课题将采用模糊PI自适应控制器来对电机转速进行控制。对电流控制依然采用PI控制。本课题将采用MATLAB/Simulink库对盾构机刀盘系统进行仿真分析。

关键词： 盾构机刀盘驱动系统、多电机同步运行、多电机并行控制、矢量控制、模糊PI控制、MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 盾构机简介-1

1.2 盾构机的国内外研究发展-2

1.2.1 盾构机国外的研究与发展-2

1.2.2 盾构机国内的发展与研究-3

1.3 盾构机同步技术的研究状况-3

1.4 课题研究内容-5

1.5 本章小结-5

2 盾构机刀盘系统结构-6

2.1 刀盘结构-6

2.2 刀盘驱动难点-6

2.3 盾构机刀盘受力特点-7

2.4 本章小结-7

3 多电机同步控制策略-8

3.1 多电机并行同步控制原理-8

3.2 多电机主从同步控制原理-8

3.3 多电机交叉耦合同步控制原理-9

3.4 多电机电子虚拟总轴同步控制原理-10

3.5 本章小结-10

4 并行同步控制在刀盘系统中的应用-11

4.1 刀盘系统并行同步控制结构-11

4.2 刀盘系统同步控制的实现-11

4.2.1 异步电动机动态数学模型的建立-11

4.2.2 异步电机基于两相坐标系的数学模型-13

4.2.3 异步电机转子侧基于两相旋转坐标系的数学模型-14

4.2.4 异步电机定转子两相同步旋转坐标系下的数学模型-15

4.2.5  异步电动机的矢量控制原理-15

4.3 本章小结-16

5 模糊PID在多电机控制中的应用-17

5.1 模糊PID控制原理-17

5.1.1 多电机PID控制器参数的整定-17

5.1.2 多电机中模糊PID控制器论域的确定-17

5.1.3 建立多电机控制模糊规则-18

5.1.4 多电机同步控制模糊推理及解模糊-19

5.2 本章小结-20

6 刀盘多电机同步控制仿真-21

6.1 单台电机矢量控制仿真模型的搭建-21

6.2 刀盘多电机仿真-24

6.3 本章小结-25

7总结与展望-26

参 考 文 献-27

致 谢-28