CN109406182A - 一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统，特点是包括油源模块、多个并排设置的环架、多个均匀环绕设置在环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、通信模块和与每个伺服液压缸对应的运算控制模块，每个伺服液压缸处设置有高精度位移传感器和高精度力传感器；优点是全面综合考虑了实际试验环境中各个变量参数的影响，通过合理的设置各个变量参数对应的预设权重，以及通过PID控制器使各个伺服液压缸的驱动杆在调整完成后的实际荷载力结果与反应真实环境情况的目标值接近，大大提升了伺服液压缸对试验管片进行移动的过程中对各个伺服液压缸的驱动杆的荷载力的控制精度，从而使整体水平度和同步性能符合要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种荷载控制系统，尤其是一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统。
背景技术
传统的盾构法隧道试验平台，均采用水平加载方式，通过对称张拉自平衡体系来加载，探究隧道的力学性能，但该方法中隧道管片无法“站立”，进而无法模拟隧道自身重力的影响及土层压缩变形的影响，不能真实反映隧道结构的受力情况，另一方面，采用对称张拉自平衡加载方式，无法考虑隧道管片切削等非对称荷载的情况，并且采用常规控制方法通过伺服液压缸对试验管片施加荷载从而进行移动的过程中，对伺服液压缸的驱动杆的荷载力控制精度不高，导致整体水平度和同步性能较难符合要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对各个伺服液压缸的驱动杆的荷载力的控制精度较高的模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统，包括油源模块、多个并排设置的环架、多个均匀环绕设置在环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、通信模块和与每个伺服液压缸对应的运算控制模块，每个所述的伺服液压缸处设置有高精度位移传感器和高精度力传感器，所述的运算控制模块包括PID控制器、比例控制器、电液比例阀和位移变化率运算模块，所述的油源模块用于通过所述的电液比例阀向所述的伺服液压缸提供液压油，所述的高精度位移传感器用于将所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量分别传送至所述的PID控制器及所述的位移变化率运算模块，所述的位移变化率运算模块用于根据所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量获取对应的位移变化率并发送至所述的PID控制器，所述的高精度力传感器用于采集所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力并传送至所述的PID控制器，所述的管片形变采集模块用于采集试验管片上在各个所述的伺服液压缸处产生的形变量并通过所述的通信模块分别发送至对应的所述的PID控制器，所述的PID控制器用于将接收到的形变量、位移量及荷载力分别乘以对应的预设权重后的值后进行累加并将累加后的结果作为比较值，再将外部输入的荷载指令信号作为目标值，所述的PID控制器将比较值与目标值进行比较后得到控制信号并发送至所述的比例控制器，所述的比例控制器用于根据控制信号控制所述的电液比例阀的开合比例，所述的电液比例阀用于根据开合比例控制对应的所述的伺服液压缸的驱动杆对试验管片施加相应的荷载力。
还包括预警模块，所述的预警模块预存有管片形变量阈值和驱动杆荷载力阈值，所述的预警模块用于读取由所述的高精度力传感器采集的所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力和由所述的管片形变采集模块采集的试验管片上由该荷载力产生的形变量，并分别将荷载力与驱动杆荷载力阈值比较，将形变量与管片形变量阈值比较，当荷载力超出驱动杆荷载力阈值或形变量超出管片形变量阈值时由所述的预警模块控制所述的电液比例阀关闭。预警模块检测到系统出现异常情况时，立即关闭电液比例阀从而停止伺服液压缸的工作，有效保证了作业安全性，增加了装置的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过PID控制器将接收到的形变量、位移量及荷载力分别乘以对应的预设权重后的值后进行累加并将累加后的结果作为比较值，再将外部输入的荷载指令信号作为目标值，PID控制器将比较值与目标值进行比较后得到控制信号并发送至比例控制器，比例控制器根据控制信号控制电液比例阀的开合比例，最后由电液比例阀根据开合比例控制伺服液压缸的驱动杆对试验管片施加相应的荷载力，全面综合考虑了实际试验环境中各个变量参数的影响，通过合理的设置各个变量参数对应的预设权重，以及通过PID控制器使各个伺服液压缸的驱动杆在调整完成后的实际荷载力结果与反应真实环境情况的目标值接近，大大提升了伺服液压缸对试验管片进行移动的过程中对各个伺服液压缸的驱动杆的荷载力的控制精度，从而使整体水平度和同步性能符合要求。
附图说明
图1为本发明中实施例一的系统原理框图；
图2为本发明中实施例二的部分模块框图；
图3为本发明的部分结构未组装状态的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统，包括油源模块1、多个并排设置的环架2、多个均匀环绕设置在环架2上的伺服液压缸3、管片形变采集模块4、通信模块5和与每个伺服液压缸3对应的运算控制模块，每个伺服液压缸3处设置有高精度位移传感器61和高精度力传感器62，运算控制模块包括PID控制器71、比例控制器72、电液比例阀73和位移变化率运算模块74，油源模块1用于通过电液比例阀73向伺服液压缸3提供液压油，高精度位移传感器61用于将伺服液压缸3的驱动杆的位移量分别传送至PID控制器71及位移变化率运算模块74，位移变化率运算模块74用于根据伺服液压缸3的驱动杆的位移量获取对应的位移变化率并发送至PID控制器71，高精度力传感器62用于采集伺服液压缸3的驱动杆产生的荷载力并传送至PID控制器71，管片形变采集模块4用于采集试验管片8上在各个伺服液压缸3处产生的形变量并通过通信模块5分别发送至对应的PID控制器71，PID控制器71用于将接收到的形变量、位移量及荷载力分别乘以对应的预设权重后的值后进行累加并将累加后的结果作为比较值，再将外部输入的荷载指令信号作为目标值，PID控制器71将比较值与目标值进行比较后得到控制信号并发送至比例控制器72，比例控制器72用于根据控制信号控制电液比例阀73的开合比例，电液比例阀73用于根据开合比例控制对应的伺服液压缸3的驱动杆对试验管片8施加相应的荷载力。
实施例二：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于还包括预警模块9，预警模块9预存有管片形变量阈值和驱动杆荷载力阈值，预警模块9用于读取由高精度力传感器62采集的伺服液压缸3的驱动杆产生的荷载力和由管片形变采集模块4采集的试验管片8上由该荷载力产生的形变量，并分别将荷载力与驱动杆荷载力阈值比较，将形变量与管片形变量阈值比较，当荷载力超出驱动杆荷载力阈值或形变量超出管片形变量阈值时由预警模块9控制电液比例阀73关闭。
Claims (2)
1.一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统，其特征在于包括油源模块、多个并排设置的环架、多个均匀环绕设置在环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、通信模块和与每个伺服液压缸对应的运算控制模块，每个所述的伺服液压缸处设置有高精度位移传感器和高精度力传感器，所述的运算控制模块包括PID控制器、比例控制器、电液比例阀和位移变化率运算模块，所述的油源模块用于通过所述的电液比例阀向所述的伺服液压缸提供液压油，所述的高精度位移传感器用于将所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量分别传送至所述的PID控制器及所述的位移变化率运算模块，所述的位移变化率运算模块用于根据所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量获取对应的位移变化率并发送至所述的PID控制器，所述的高精度力传感器用于采集所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力并传送至所述的PID控制器，所述的管片形变采集模块用于采集试验管片上在各个所述的伺服液压缸处产生的形变量并通过所述的通信模块分别发送至对应的所述的PID控制器，所述的PID控制器用于将接收到的形变量、位移量及荷载力分别乘以对应的预设权重后的值后进行累加并将累加后的结果作为比较值，再将外部输入的荷载指令信号作为目标值，所述的PID控制器将比较值与目标值进行比较后得到控制信号并发送至所述的比例控制器，所述的比例控制器用于根据控制信号控制所述的电液比例阀的开合比例，所述的电液比例阀用于根据开合比例控制对应的所述的伺服液压缸的驱动杆对试验管片施加相应的荷载力。
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道与土体相互作用的管片荷载控制系统，其特征在于还包括预警模块，所述的预警模块预存有管片形变量阈值和驱动杆荷载力阈值，所述的预警模块用于读取由所述的高精度力传感器采集的所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力和由所述的管片形变采集模块采集的试验管片上由该荷载力产生的形变量，并分别将荷载力与驱动杆荷载力阈值比较，将形变量与管片形变量阈值比较，当荷载力超出驱动杆荷载力阈值或形变量超出管片形变量阈值时由所述的预警模块控制所述的电液比例阀关闭。
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