[发明专利]盾构机刀盘结泥饼监测方法及装置

权利要求书

1.一种盾构机刀盘结泥饼监测方法，其特征在于，包括：

按照预设采样周期，采集盾构机上刀盘的实际转速以及驱动所述刀盘的各个电机的输出转矩；

根据各个采样周期内刀盘的实际转速以及各个电机的输出转矩，确定刀盘在各个采样周期内的转动惯量；

根据刀盘在各个采样周期内的转动惯量，确定刀盘转动惯量的变化趋势；

根据刀盘转动惯量的变化趋势，确定盾构机上刀盘结泥饼的情况；

根据各个采样周期内刀盘的实际转速以及各个电机的输出转矩，确定刀盘在各个采样周期内的转动惯量，包括：

将每个采集周期内各个电机的输出转矩经减速机构后的转矩值相加，再乘以减速比例，作为刀盘在每个采集周期内的驱动力矩；

根据刀盘在每个采集周期内的驱动力矩，使用模型参考自适应惯量辨识方法，辨识刀盘在各个采样周期内的转动惯量；

所述模型参考自适应惯量辨识方法采用的模型如下：

参考模型：

其中，

可调模型：

转动惯量的自适应辨识规律：

其中，

转动惯量为：

其中，ω(k)表示第k个采样周期实际的刀盘转动角速度；ω(k-1)表示第k-1个采样周期刀盘转动角速度；T_s表示采样周期；T_e表示刀盘的驱动力矩；T_d表示负载转矩；J表示刀盘的转动惯量；k表示采样周期的序号；表示第k个采样周期观测的刀盘转动角速度；表示观测系数的积分项分量；表示观测系数的积分项分量；表示第k个采样周期系数a的观测值；表示观测系数的比例项分量；表示第k个采样周期系数b的观测值；表示观测系数的比例项分量；表示第k-1个采样周期的值；表示第k-1个采样周期的值；β和γ表示总自适应增益；表示第k个采样周期刀盘实际转动角速度与观测转动角速度的差值；γ_I和β_I表示积分项自适应增益；γ_P和β_P表示比例项自适应增益；表示观测的刀盘的转动惯量。

2.一种利用权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼监测方法的监测系统，其特征在于，包括：编码器和计算单元；

其中，所述编码器，安装于盾构机上刀盘处，用于按照预设采样周期，采集刀盘的实际转速；

所述计算单元，与盾构机上驱动所述刀盘的各个电机的变频器通信，用于按照预设采样周期，采集驱动所述刀盘的各个电机的输出转矩，根据各个采样周期内刀盘的实际转速以及各个电机的输出转矩，确定刀盘在各个采样周期内的转动惯量，并根据刀盘转动惯量的变化趋势，确定盾构机上刀盘结泥饼的情况。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

上位机，与所述计算单元通信，用于显示盾构机上刀盘结泥饼的情况。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述上位机还用于根据盾构机上刀盘结泥饼的情况，输出预警信息。

5.一种利用权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼监测方法的监测装置，其特征在于，包括：

刀盘转速采集模块，用于按照预设采样周期，采集盾构机上刀盘的实际转速；

电机输出转矩采集模块，用于按照预设采样周期，采集盾构机上驱动所述刀盘的各个电机的输出转矩；

刀盘转动惯量确定模块，用于根据各个采样周期内刀盘的实际转速以及各个电机的输出转矩，确定刀盘在各个采样周期内的转动惯量；

刀盘转动惯量观测模块，用于根据刀盘在各个采样周期内的转动惯量，确定刀盘转动惯量的变化趋势；

刀盘结泥饼监测模块，用于根据刀盘转动惯量的变化趋势，确定盾构机上刀盘结泥饼的情况。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述刀盘转动惯量确定模块还用于将每个采集周期内各个电机的输出转矩经减速机构后的转矩值相加，再乘以减速比例，作为刀盘在每个采集周期内的驱动力矩；以及根据刀盘在每个采集周期内的驱动力矩，使用模型参考自适应惯量辨识方法，辨识刀盘在各个采样周期内的转动惯量。