CN109471357A - 一种模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统 - 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位移控制系统，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所述的环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、环架形变采集模块、通信模块和与每个所述的伺服液压缸对应的运算控制模块；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控制器使对应伺服液压缸的驱动杆的实际位移结果与外部输入的用于反应真实环境情况的目标值接近，大大提升了电液组件对试验管片进行移动的过程中位移控制的精确度，从而使整体水平度和同步性能符合要求。

Description

一种模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统
技术领域
本发明涉及一种位移控制系统，尤其是一种模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统。
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，但该方法中试验管片无法“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，无法考虑试验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驱动杆的伸缩对试验管片进行移动的过程中，对电液组件中各个伺服液压缸的驱动杆的位移控制精确度不高，导致整体管片移动后各个伺服液压缸处管片的位移达不到设计要求，从而使试验管片整体的水平度和同步性能不符要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对试验管片进行精确移动的模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统。
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位移控制系统，包括油源模块、多个并排设置的环架、多个均匀环绕设置在所述的环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、环架形变采集模块、通信模块和与每个所述的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、带位移反馈的比例控制器和电液比例阀，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传送至所述的PID控制器，所述的高精度力传感器用于将所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力信号传送至所述的比例控制器，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管片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，所述的环架形变采集模块用于采集环架上在各个所述的伺服液压缸处产生的环架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控制器用于将管片形变量乘以对应的预设权重后的值、环架形变量乘以对应的预设权重后的值及所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量乘以对应的预设权重后的值进行累加并将累加结果作为比较值，再将外部输入的位移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将所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力信号的值乘以对应的预设权重后与控制信号的值进行累加得到比例控制信号，再根据比例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移动从而产生位移。
与现有技术相比，本发明的优点在于PID控制器通过将试验管片的形变量乘以对应的预设权重后的值、环架的形变量乘以对应的预设权重后的值及驱动杆的位移量乘以对应的预设权重后的值进行累加的结果作为比较值，再将外部输入的位移指令信号作为目标值，将比较值与目标值进行比较得到控制信号并发送至比例控制器，比例控制器将驱动杆产生的荷载力信号的值乘以对应的预设权重与控制信号的值进行累加得到比例控制信号，再根据比例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对应的伺服液压缸的驱动杆进行移动，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控制器使实际位移结果与外部输入的用于反应真实环境情况的目标值接近，大大提升了电液组件对试验管片进行移动的过程中位移控制的精确度，从而使整体水平度和同步性能符合要求。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图；
图2为本发明的部分结构未组装时的结构示意图。
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。
一种模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统，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41、环架形变采集模块42、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、带位移反馈的比例控制器72和电液比例阀73，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的驱动杆的位移量传送至PID控制器71，高精度力传感器62用于将伺服液压缸3的驱动杆产生的荷载力信号传送至比例控制器72，管片形变采集模块41用于采集试验管片8上在各个伺服液压缸3处产生的管片形变量并通过通信模块5分别发送至对应的PID控制器71，环架形变采集模块42用于采集环架2上在各个伺服液压缸3处产生的环架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用于将管片形变量乘以对应的预设权重后的值、环架形变量乘以对应的预设权重后的值及伺服液压缸3的驱动杆的位移量乘以对应的预设权重后的值进行累加并将累加结果作为比较值，再将外部输入的位移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得到控制信号并发送至比例控制器72，比例控制器72用于将伺服液压缸3的驱动杆产生的荷载力信号的值乘以对应的预设权重后与控制信号的值进行累加得到比例控制信号，再根据比例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的驱动杆移动从而产生位移。

Claims (1)

1.一种模拟隧道与土体相互作用的管片位移控制系统，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所述的环架上的伺服液压缸、管片形变采集模块、环架形变采集模块、通信模块和与每个所述的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、带位移反馈的比例控制器和电液比例阀，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传送至所述的PID控制器，所述的高精度力传感器用于将所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力信号传送至所述的比例控制器，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管片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，所述的环架形变采集模块用于采集环架上在各个所述的伺服液压缸处产生的环架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控制器用于将管片形变量乘以对应的预设权重后的值、环架形变量乘以对应的预设权重后的值及所述的伺服液压缸的驱动杆的位移量乘以对应的预设权重后的值进行累加并将累加结果作为比较值，再将外部输入的位移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将所述的伺服液压缸的驱动杆产生的荷载力信号的值乘以对应的预设权重后与控制信号的值进行累加得到比例控制信号，再根据比例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移动从而产生位移。
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