[发明专利]一种微型盾构机土压平衡控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种微型盾构机土压平衡控制系统，其特征在于，包括安装在微型盾构机密封舱内的用于实时监测所述密封舱内土压力的土压传感器；所述土压传感器通过AD转换电路与用于比较微型盾构机预设土压力及实时土压力数据并发出调节控制信号的控制器电连接；所述控制器与用于调节微型盾构机土压平衡的马达电连接；所述控制器、AD转换电路均与开关电源电连接。

2.根据权利要求1所述的微型盾构机土压平衡控制系统，其特征在于，所述控制器还连接有用于显示微型盾构机实时监控数据的液晶显示器。

3.一种利用权利要求1或2所述的控制系统控制微型盾构机土压平衡的方法，其特征在于，该方法为：

1）构建下列模糊控制规则表：

其中，PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB分别表示正大、正中、正小、零、负小、负中、负大；Δkp、Δki、Δkd分别为PID控制器比例系数增益、积分系数增益、微分系数增益；

2）初始化PID控制器的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd，得到初始化后的比例系数kp₀、积分系数ki₀和微分系数kd₀；

3）采集土压传感器检测到的压力值，采用有限元模型或者颗粒模型，对所述压力值进行数值模拟，得到期望的土壤压力值，将期望的土壤压力值和设定的土壤压力值进行比较，得到土壤压力值的偏差e，利用偏差e计算偏差变化率ec；

4）设定e、ec的模糊子集论域为e［－5，5］，ec［－5，5］，根据e、ec的值，通过最大隶属度法判断e、ec所属的模糊子集；

5）根据e、ec的模糊子集，从所述模糊控制规则表中选取一条推理规则；

6）通过mamdani推理方法得到PID控制器的比例系数增益、积分系数增益、微分系数增益，并将比例系数增益、积分系数增益、微分系数增益与初始化后的比例系数kp₀、积分系数ki₀和微分系数kd₀相加，得到推理后的PID控制器参数；

7）采用最大隶属度法逆模糊化推理后的PID控制器参数，得到当前迭代的PID控制器的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd；

8）将当前迭代的PID控制器的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd代入PID控制器；

9）将PID控制器的输出输入正弦脉宽调制器中进行调制，生成马达的转速信号，控制马达的转速；

10）用当前迭代的PID控制器的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd替代初始化后的比例系数kp₀、积分系数ki₀和微分系数kd₀，重复步骤3）～9），直到偏差e小于阈值，所述阈值为0.001-0.01。

4.根据权利要求3所述的控制系统控制微型盾构机用土压平衡的方法，其特征在于，所述步骤4）和步骤7）中，最大隶属度法的隶属度函数为三角形隶属度函数。