CN112081388B - 群索智能控制索力调节方法及设备 - Google Patents

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CN112081388B CN202010871914.0A CN202010871914A CN112081388B CN 112081388 B CN112081388 B CN 112081388B CN 202010871914 A CN202010871914 A CN 202010871914A CN 112081388 B CN112081388 B CN 112081388B
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Abstract

本发明公开了一种群索智能控制索力调节方法及设备，通过压力传感器采集每根拉索端部的索力调节差值ΔF(n)；将索力调节差值ΔF(n)中的n个信号分别输入对应的PID调节器中，得到得到控制信号S(n)，控制信号S(n)与解耦矩阵D(n)做矩阵乘法，得到解耦后的控制信号
Figure DDA0002651385630000011
将控制信号
Figure DDA0002651385630000012
输入到每根拉索端部的伺服驱动器，通过伺服驱动器对拉索索力进行调整。本发明通过压力传感器对比出索力调节差值，通过PID调节器以矩阵解耦的方式输出相应的索力调节信号，并通过伺服驱动器的驱动进行调节，最终使得所有索力调节差值恢复至规定的阈值范围内，方法简单巧妙，易于推广使用。

Description

群索智能控制索力调节方法及设备
技术领域
本发明涉及土木工程预应力结构技术领域，用于预应力结构的预应力索力的智能控制和调整，更具体的说是涉及一种群索智能控制索力调节方法及设备。
背景技术
预应力结构在我国广泛应用，特别是大跨度桥梁、大跨度空间结构、大跨度混凝土结构等，预应力结构由于预应力筋松弛、混凝土收缩徐变、结构荷载变化等需要调整预应力值大小，也就是要调整索力，许多斜拉桥、预应力索网、或者张弦桁架等结构的拉索都是在使用中进行调整索力，调整索力经常会中断交通、影响工程的正常使用，许多大跨度空间结构在使用过程中也发生过调整索力现象，空间结构调整索力也需要复杂的工艺、复杂程度胜过施工阶段的预应力张拉。
随着智能系统的应用和自动控制技术的提高，实现预应力结构索力的智能控制、自动调整已经成为可能，然而目前市场上还没有行之有效的预应力结构索力的调控装置，而对于预应力结构的预应力索力的调控对于大跨度建筑结构的稳定有着重要意义。
但是，大跨度建筑结构的吊索数量一般较多，如附图1提供的现有的10根拉索形式的群索结构示意图，由于结构的整体性，吊索之间的索力相互关联，即当对一根吊索进行索力调整时，其他吊索的索力也会产生相应的变化，这种吊索索力之间的联动关系使得单独的索力调整并不能实现对整体结构索力的有效调节。
因此，如何提供一种行之有效的群索智能控制索力调节方法及设备，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种群索智能控制索力调节方法，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种群索智能控制索力调节方法，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器对每根拉索端部的实际索力值F s (n)进行采集，并与理想索力值F 0 (n)对比得到索力调节差值ΔF(n)；
S2、将索力调节差值ΔF(n)中的n个信号分别输入对应的PID调节器中，得到控制信号S(n)，控制信号S(n)与解耦矩阵D(n)做矩阵乘法，得到解耦后的控制信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；
S3、将控制信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002A
输入到每根拉索端部的伺服驱动器，通过伺服驱动器对拉索索力进行调整。
通过上述技术方案，本发明提供了一种群索联动式智能控制索力调节方法，通过压力传感器对每根拉索端部的实际索力值进行采集，计算出索力调节差值，通过PID调节器以矩阵解耦的方式输出相应的索力调节信号，并通过伺服驱动器的驱动进行调节，本发明所提供的调节方法着眼于大跨度建筑结构的所有拉索的联动调节，由于单独调节一根拉索时，势必会影响其他拉索的受力，通过以上方法能够很好地实现所有拉索的共同调节，最终使得所有索力调节差值恢复至规定的阈值范围内，方法简单巧妙，易于推广使用。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节方法中，解耦矩阵D(n)=G -1 (n)·Λ (n)；其中：D(n)、G -1 (n)和Λ(n)均为n×n 的矩阵；G -1 (n)为G(n)的逆矩阵；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
ΔP 1,1、ΔP 2,1、ΔP 3,1 ……ΔP n,1为：对第一根拉索通过伺服驱动器调整一个单元量后，自动读取
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
根拉索对应的索力变化值；
ΔP 1,2、ΔP 2,2、ΔP 3,2 ……ΔP n,2为：对第二根拉索通过伺服驱动器调整一个单元量后，自动读取
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006A
根拉索对应的索力变化值；
ΔP 1,3、ΔP 2,3、ΔP 3,3 ……ΔP n,3为：对第三根拉索通过伺服驱动器调整一个单元量后，自动读取
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006AA
根拉索对应的索力变化值；
ΔP 1,n、ΔP 2,n、ΔP 3,n ……ΔP n,n为：对第n根拉索通过伺服驱动器调整一个单元量后，自动读取
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006AAA
根拉索对应的索力变化值；
采用对角矩阵法解耦G(n)，得到Λ(n)：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
。
通过采用矩阵解耦的方式进行控制信号的输出，易于推广使用。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节方法中，PID调节器传递至伺服驱动器的控制信号S(n)为：
C t =K c ΔF(n)+K i
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
ei+K d （ΔF(n)-ΔF(n-1)）；其中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
为PID算法的比例参数、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
为PID算法的积分参数、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
为PID算法的微分参数。
本发明对实际索力和理想索力的索力差值进行实时监控，当索力差值的浮动超出设定的阈值时，启动PID调节器，实时调控能力强。
本发明还提供了一种群索智能控制索力调节设备，包括机械调节系统、索力差值计算器、PID调节器和伺服驱动器；
所述机械调节系统的数量为多个，且分别安装在每根拉索的结构端部上；所述机械调节系统通过压力传感器采集拉索的实际索力值，并对拉索进行拉紧或放松的索力调节动作；
所述索力差值计算器通过A/D转换器和变送器分别与多个所述压力传感器电性连接；
所述PID调节器通过D/A转换器与索力差值计算器电性连接；
所述伺服驱动器的输入端与所述PID调节器电性连接，所述伺服驱动器的输出端与所述机械调节系统的驱动部电性连接，且通过上述的群索智能控制索力调节方法对所述拉索的索力进行整体联动调节。
通过上述技术方案，本发明提供的索力差值计算器同时对所有的索力调节差值进行计算，并形成矩阵形式的控制信号输出，最终通过机械调节系统对拉索进行拉紧或放松的索力调节动作，结构简单可靠，易于推广使用。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，所述机械调节系统还包括：外接螺栓杆、液压穿心千斤顶、伺服油泵、固定螺栓、可调螺栓、伺服电机和拧动齿轮；所述外接螺栓杆的一端与所述拉索的端头固定，且垂直所述结构端部的端面向其外部延伸；所述液压穿心千斤顶间隔套设在所述外接螺栓杆的外侧，且其液压油缸与所述结构端部固定；所述伺服油泵固定在所述结构端部，且与所述液压油缸的油腔连通，所述伺服油泵与所述伺服驱动器电性连接；所述固定螺栓与所述外接螺栓杆螺纹连接，且顶紧在所述液压穿心千斤顶的液压活塞的外侧端部；所述可调螺栓与所述外接螺栓杆螺纹连接，且位于所述液压油缸的内侧，并与所述液压油缸存在间隙，所述可调螺栓外圆周面上具有齿纹；所述压力传感器固定在所述结构端部，且位于所述结构端部和可调螺栓之间，并与所述变送器电性连接；所述伺服电机固定在所述结构端部，且与所述伺服驱动器电性连接；所述拧动齿轮与所述伺服电机的动力输出轴固定连接，且与所述可调螺栓的外部齿纹啮合。本发明通过控制液压穿心千斤顶拉动拉索端部的外接螺栓杆，通过伺服电机驱动拧进或拧出可调螺栓，实现对索力的智能调整，液压穿心千斤顶只有在索力调整时才施加油压，平时无油压，能够有效避免漏油；拧进拧出可调螺栓均是在可调螺栓不受力情况下进行，需要伺服电机转动的力矩较小，整体结构简单可靠，易于推广使用，调节效果好。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，所述机械调节系统还包括：外接螺栓杆、液压缸、活塞块、伺服油泵、可调螺栓、伺服电机和拧动齿轮；所述外接螺栓杆的一端与所述拉索的端头固定，且垂直所述结构端部的端面向其外部延伸；所述液压缸同轴间隔套设在所述外接螺栓杆外侧，且端头与所述结构端部的端面固定；所述活塞块固套在所述外接螺栓杆上，且滑动连接在所述液压缸内部；所述伺服油泵固定在所述液压缸上，且与所述活塞块和结构端部之间形成的油腔连通，所述伺服油泵与所述伺服驱动器电性连接；所述可调螺栓与所述外接螺栓杆螺纹连接，且位于所述液压缸远离所述结构端部一端的外侧，所述可调螺栓外圆周面上具有齿纹；所述压力传感器固定在所述液压缸的端部，且位于所述液压缸的端部和所述可调螺栓之间，并与所述变送器电性连接；所述伺服电机固定在所述液压缸上，且与所述伺服驱动器电性连接；所述拧动齿轮与所述伺服电机的动力输出轴固定连接，且与所述可调螺栓的外部齿纹啮合。本发明通过控制液压缸顶动拉索端部的外接螺栓杆，通过伺服电机驱动拧进或拧出可调螺栓，实现对索力的智能调整，液压缸只有在索力调整时才施加油压，平时无油压，能够有效避免漏油；拧进拧出可调螺栓均是在可调螺栓不受力情况下进行，需要伺服电机转动的力矩较小，整体结构简单可靠，易于推广使用，调节效果好。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，控制信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
控制n个所述伺服驱动器向所述伺服电机传递信号，使得拧动齿轮转动，转动的圈数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
，所述可调螺栓的转动圈数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
。所述可调螺栓外圆周的齿数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
，拧动齿轮外圆周的齿数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
,传动关系为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
。
通过上述公式能够有效对传动的关系和参数进行控制，调节精度更高。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，当|ΔF(n)/F 0 (n)×100%|＞10%时，所述PID调节器启动；其中：ΔF(n)=F s (n)-F 0 (n)。本发明对实际索力和理想索力的索力差值进行实时监控，当索力差值的浮动超出设定的阈值时，启动PID调节器，实时调控能力强。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，所述拧动齿轮转动一周对应的所述拉索拉长或放回的量Δ为：
Δ=m D /m P *c；
其中：m D 为所述拧动齿轮外圆周的齿数；m P 为所述可调螺栓外圆周的齿数；c为所述可调螺栓与所述外接螺栓杆的螺距。
通过以上公式能够对拉索拉长或放回的长度进行精确计算和控制。
优选的，在上述一种群索智能控制索力调节设备中，所述索力差值计算器和PID调节器采用PLC控制器，所述PLC控制器的型号为西门子SIMATIC S7-1200；所述伺服驱动器为三菱伺服电机驱动JE-100A/HG-SN102J组合；所述压力传感器为穿心式压力传感器，型号为ZGIOM1400KN。能够满足结构的使用需求。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种群索智能控制索力调节方法及设备，具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种群索联动式智能控制索力调节方法，通过压力传感器对每根拉索端部的实际索力值进行采集，计算出索力调节差值，通过PID调节器以矩阵解耦的方式输出相应的索力调节信号，并通过伺服驱动器的驱动进行调节，本发明所提供的调节方法着眼于大跨度建筑结构的所有拉索的联动调节，由于单独调节一根拉索时，势必会影响其他拉索的受力，通过以上方法能够很好地实现所有拉索的共同调节，最终使得所有索力调节差值恢复至规定的阈值范围内，方法简单巧妙，易于推广使用。
2、本发明提供的索力差值计算器同时对所有的索力调节差值进行计算，并形成矩阵形式的控制信号输出，最终通过机械调节系统对拉索进行拉紧或放松的索力调节动作，结构简单可靠，易于推广使用。
3、本发明通过控制液压穿心千斤顶或液压缸拉动拉索端部的外接螺栓杆，通过伺服电机驱动拧进或拧出可调螺栓，实现对索力的智能调整，液压穿心千斤顶或液压缸只有在索力调整时才施加油压，平时无油压，能够有效避免漏油；拧进拧出可调螺栓均是在可调螺栓不受力情况下进行，需要伺服电机转动的力矩较小，整体结构简单可靠，易于推广使用，调节效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为现有的10根拉索形式的群索结构示意图；
图2附图为本发明提供的群索智能控制索力调节的信号传递图。
图3附图为本发明提供的实施例1的机械调节系统和整体结构的信号连接图；
图4附图为本发明提供的实施例1的机械调节系统的结构示意图；
图5附图为本发明提供的实施例2的机械调节系统和整体结构的信号连接图；
图6附图为本发明提供的实施例2的机械调节系统的结构示意图；
图7附图为本发明提供的在不同PID系数设定下的压力调整曲线。
其中：
1-机械调节系统；
10-压力传感器；11-外接螺栓杆；12-液压穿心千斤顶；120-液压油缸；121-液压活塞；13-伺服油泵；14-固定螺栓；15-可调螺栓；16-伺服电机；17拧动齿轮；18-液压缸；19-活塞块；
2-索力差值计算器；
20-A/D转换器；21-变送器；D/A转换器；
3-PID调节器；
4-伺服驱动器；
5-拉索；
6-结构端部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见附图2至附图4，本发明实施例公开了一种群索智能控制索力调节方法，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器10对每根拉索5端部的实际索力值F s (n)进行采集，并与理想索力值F 0 (n)对比得到索力调节差值ΔF(n)；
S2、将索力调节差值ΔF(n)中的n个信号分别输入对应的PID调节器3中，得到控制信号S(n)，控制信号S(n)与解耦矩阵D(n)做矩阵乘法，得到解耦后的控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
；
S3、将控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
输入到每根拉索5端部的伺服驱动器4，通过伺服驱动器4对拉索5索力进行调整。
为了进一步优化上述技术方案，解耦矩阵D(n)=G -1 (n)·Λ(n)；其中：D(n)、G -1 (n)和Λ(n)均为n×n 的矩阵；G -1 (n)为G(n)的逆矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
ΔP 1,1、ΔP 2,1、ΔP 3,1 ……ΔP n,1为：对第一根拉索5通过伺服驱动器4调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAA
根拉索5对应的索力变化值；
ΔP 1,2、ΔP 2,2、ΔP 3,2 ……ΔP n,2为：对第二根拉索5通过伺服驱动器4调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAA
根拉索5对应的索力变化值；
ΔP 1,3、ΔP 2,3、ΔP 3,3 ……ΔP n,3为：对第三根拉索5通过伺服驱动器4调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAA
根拉索5对应的索力变化值；
ΔP 1,n、ΔP 2,n、ΔP 3,n ……ΔP n,n为：对第n根拉索5通过伺服驱动器4调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAA
根拉索5对应的索力变化值；
采用对角矩阵法解耦G(n)，得到Λ(n)：
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
。
经实验验证，在预应力拉索网络处于正常工作范围内时，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
里的各元素
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为定值，即可将
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
视为线性传递矩阵。
采用对角矩阵法解耦
Figure DEST_PATH_IMAGE030AA
，得到用于解耦矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE034A
矩阵设计对应独立控制器，使得对第
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAA
号拉索进行调整时，不受其他索力变化的影响。
为了进一步优化上述技术方案，PID调节器3传递至伺服驱动器4的控制信号S(n)为：
C t =K c ΔF(n)+K i
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
ei+K d （ΔF(n)-ΔF(n-1)）；其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
为PID算法的比例参数、
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
为PID算法的积分参数、
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
为PID算法的微分参数。
一种群索智能控制索力调节设备，包括机械调节系统1、索力差值计算器2、PID调节器3和伺服驱动器4；
机械调节系统1的数量为多个，且分别安装在每根拉索5的结构端部上；机械调节系统1通过压力传感器10采集拉索5的实际索力值，并对拉索5进行拉紧或放松的索力调节动作；
索力差值计算器2通过A/D转换器20和变送器21分别与多个压力传感器10电性连接；
PID调节器3通过D/A转换器22与索力差值计算器2电性连接；
伺服驱动器4的输入端与PID调节器3电性连接，伺服驱动器4的输出端与机械调节系统1的驱动部电性连接，且通过上述的群索智能控制索力调节方法对拉索5的索力进行整体联动调节。
为了进一步优化上述技术方案，机械调节系统1还包括：外接螺栓杆11、液压穿心千斤顶12、伺服油泵13、固定螺栓14、可调螺栓15、伺服电机16和拧动齿轮17；外接螺栓杆11的一端与拉索5的端头固定，且垂直结构端部6的端面向其外部延伸；液压穿心千斤顶12间隔套设在外接螺栓杆11的外侧，且其液压油缸120与结构端部6固定；伺服油泵13固定在结构端部6，且与液压油缸120的油腔连通，伺服油泵13与伺服驱动器4电性连接；固定螺栓14与外接螺栓杆11螺纹连接，且顶紧在液压穿心千斤顶12的液压活塞121的外侧端部；可调螺栓15与外接螺栓杆11螺纹连接，且位于液压油缸120的内侧，并与液压油缸120存在间隙，可调螺栓15外圆周面上具有齿纹；压力传感器10固定在结构端部6，且位于结构端部6和可调螺栓15之间，并与变送器21电性连接；伺服电机16固定在结构端部6，且与伺服驱动器4电性连接；拧动齿轮17与伺服电机16的动力输出轴固定连接，且与可调螺栓15的外部齿纹啮合。
为了进一步优化上述技术方案，控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
控制n个伺服驱动器4向伺服电机16传递信号，使得拧动齿轮17转动，转动的圈数为
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
，可调螺栓15的转动圈数为
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
。可调螺栓15外圆周的齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
，拧动齿轮17外圆周的齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
, 传动关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
。
为了进一步优化上述技术方案，当|ΔF(n)/F 0 (n)×100%|＞10%时，PID调节器3启动；其中：ΔF(n)=F s (n)-F 0 (n)。
为了进一步优化上述技术方案，拧动齿轮17转动一周对应的拉索5拉长或放回的量Δ为：
Δ=m D /m P *c；
其中：m D 为拧动齿轮17外圆周的齿数；m P 为可调螺栓15外圆周的齿数；c为可调螺栓15与外接螺栓杆11的螺距。
为了进一步优化上述技术方案，索力差值计算器2和PID调节器3采用PLC控制器，PLC控制器的型号为西门子SIMATIC S7-1200；伺服驱动器4为三菱伺服电机驱动JE-100A/HG-SN102J组合；压力传感器10为穿心式压力传感器，型号为ZGIOM1400KN。
本实施例中机械调节系统1的调节方法为：
当拉索5索力需要增加时：伺服油泵13控制外接螺栓杆11向外伸出，单次伸出10mm后，伺服油泵13停止，伺服电机16带动拧动齿轮17转动，控制将可调螺栓15拧进10mm，反复操作直到索力差值恢复至可浮动阈值内，伺服电机16控制将可调螺栓15拧进到贴紧压力传感器10，液压穿心千斤顶12将液压压力调到零，即完成拉索5索力的增加；
当拉索5索力需要减小时：伺服油泵13控制外接螺栓杆11向外伸出，单次伸出5mm后，压力传感器10压力为零，伺服电机16控制将可调螺栓15拧出10mm，伺服油泵13回油，反复操作直到索力差值恢复至可浮动阈值内，伺服电机16控制将可调螺栓15拧进到贴紧压力传感器10，液压穿心千斤顶12将液压压力调到零，即完成拉索5索力的减小。
实施例2：
参见附图5和附图6，本实施例和实施例1的不同之处在于：
机械调节系统1还包括：外接螺栓杆11、液压缸18、活塞块19、伺服油泵13、可调螺栓15、伺服电机16和拧动齿轮17；外接螺栓杆11的一端与拉索5的端头固定，且垂直结构端部6的端面向其外部延伸；液压缸18同轴间隔套设在外接螺栓杆11外侧，且端头与结构端部6的端面固定；活塞块19固套在外接螺栓杆11上，且滑动连接在液压缸18内部；伺服油泵13固定在液压缸18上，且与活塞块19和结构端部6之间形成的油腔连通，伺服油泵13与伺服驱动器4电性连接；可调螺栓15与外接螺栓杆11螺纹连接，且位于液压缸18远离结构端部6一端的外侧，可调螺栓15外圆周面上具有齿纹；压力传感器10固定在液压缸18的端部，且位于液压缸18的端部和可调螺栓15之间，并与变送器21电性连接；伺服电机16固定在液压缸18上，且与伺服驱动器4电性连接；拧动齿轮17与伺服电机16的动力输出轴固定连接，且与可调螺栓15的外部齿纹啮合。
本实施例的其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中机械调节系统1的调节方法为：
当拉索5索力需要增加时：伺服油泵13控制外接螺栓杆11向外伸出，单次伸出10mm后，伺服油泵13停止，伺服电机16带动拧动齿轮17转动，控制将可调螺栓15拧进10mm，反复操作直到索力差值恢复至可浮动阈值内，伺服电机16控制将可调螺栓15拧进到贴紧压力传感器10，液压缸18将液压压力调到零，即完成拉索5索力的增加；
当拉索5索力需要减小时，伺服油泵13控制外接螺栓杆11向外伸出，单次伸出5mm后，压力传感器10压力为零，伺服电机16控制将可调螺栓15拧出10mm，伺服油泵13回油，反复操作直到索力差值恢复至可浮动阈值内，伺服电机16控制将可调螺栓15拧进到贴紧压力传感器10，液压缸18将液压压力调到零，即完成拉索5索力的减小。
在以上两种实施例的基础上进行计算：
一、以9根拉索组成的索网在实际操作中得到的数值举例：
以9根拉索组成的索网为例，其索力调整矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，如表一：
表一
G 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 25.8900 -1.1225 -0.3608 0.0499 0.1539 0.1651 0.1871 0.0343 0.1385
2 -1.1932 24.2925 -1.7086 -0.1838 0.3538 0.3928 0.4554 0.0741 0.2864
3 -0.4326 -1.7046 23.8360 -1.5516 0.4277 0.5729 0.6811 0.1014 0.0693
4 0.0177 -0.2088 -1.5343 23.7605 -0.2027 0.4698 0.6988 0.1046 -1.4381
5 0.1410 0.3447 0.4166 -0.2125 23.8135 -1.5306 0.1132 0.0982 -2.1347
6 0.1649 0.4107 0.5902 0.4997 -1.5766 23.0935 -1.4778 0.0518 -0.2727
7 0.2242 0.5039 0.7828 0.8217 0.1346 -1.6134 21.5535 -0.6331 0.5672
8 0.0558 0.1128 0.1606 0.1733 0.1370 -0.0107 -0.9936 25.5825 0.1611
9 0.1202 0.2677 0.0484 -1.4627 -2.1075 -0.2567 0.4781 0.0980 23.9090
经所群智能控制索力调节方法计算，得到可调螺栓圈数如表二：
表二
1 1.811053
2 3.084112
3 3.342518
4 3.360905
5 7.887716
6 4.854388
7 10.06315
8 9.24845
9 12.63319
在不同PID系数设定下的压力调整曲线如图7所示，最终均恢复至规定的阈值范围内。
二、以10根拉索组成的索网进行理论分析：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
以10根拉索组成的索网为例，G(n)形成的矩阵如下：
10根拉索需要调整的索力为
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，10根索可调螺栓需要拧进的圈数为
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，得到方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
可以得到10根拉索需要拧进的圈数：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
可调螺栓一圈的齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE024AA
，拧动齿轮一圈齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
，10根拉索对应的10个伺服电机的转动圈数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE048
。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种群索智能控制索力调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器（10）对每根拉索（5）端部的实际索力值F s (n)进行采集，并与理想索力值F 0 (n)对比得到索力调节差值ΔF(n)；
S2、将索力调节差值ΔF(n)中的n个信号分别输入对应的PID调节器（3）中，得到控制信号S(n)，控制信号S(n)与解耦矩阵D(n)做矩阵乘法，得到解耦后的控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
S3、将控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
输入到每根拉索（5）端部的伺服驱动器（4），通过伺服驱动器（4）对拉索（5）索力进行调整；
解耦矩阵D(n)=G -1 (n)·Λ(n)；其中：D(n)、G -1 (n)和Λ(n)均为n×n 的矩阵；G -1 (n)为G (n)的逆矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
ΔP 1,1、ΔP 2,1、ΔP 3,1 ……ΔP n,1为：对第一根拉索（5）通过伺服驱动器（4）调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006
根拉索（5）对应的索力变化值；
ΔP 1,2、ΔP 2,2、ΔP 3,2 ……ΔP n,2为：对第二根拉索（5）通过伺服驱动器（4）调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
根拉索（5）对应的索力变化值；
ΔP 1,3、ΔP 2,3、ΔP 3,3 ……ΔP n,3为：对第三根拉索（5）通过伺服驱动器（4）调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
根拉索（5）对应的索力变化值；
ΔP 1,n、ΔP 2,n、ΔP 3,n ……ΔP n,n为：对第n根拉索（5）通过伺服驱动器（4）调整一个单元量后，自动读取
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
根拉索（5）对应的索力变化值；
采用对角矩阵法解耦G(n)，得到Λ(n)：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
2.根据权利要求1所述的一种群索智能控制索力调节方法，其特征在于，PID调节器（3）传递至伺服驱动器（4）的控制信号S(n)为：
C t =K c ΔF(n)+K i
Figure DEST_PATH_IMAGE010
ei+K d （ΔF(n)-ΔF(n-1)）；其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为PID算法的比例参数、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为PID算法的积分参数、
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为PID算法的微分参数。
3.一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，包括机械调节系统（1）、索力差值计算器（2）、PID调节器（3）和伺服驱动器（4）；
所述机械调节系统（1）的数量为多个，且分别安装在每根拉索（5）的结构端部上；所述机械调节系统（1）通过压力传感器（10）采集拉索（5）的实际索力值，并对拉索（5）进行拉紧或放松的索力调节动作；
所述索力差值计算器（2）通过A/D转换器（20）和变送器（21）分别与多个所述压力传感器（10）电性连接；
所述PID调节器（3）通过D/A转换器（22）与索力差值计算器（2）电性连接；
所述伺服驱动器（4）的输入端与所述PID调节器（3）电性连接，所述伺服驱动器（4）的输出端与所述机械调节系统（1）的驱动部电性连接，且通过权利要求1-2任一项所述的群索智能控制索力调节方法对所述拉索（5）的索力进行整体联动调节。
4.根据权利要求3所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，所述机械调节系统（1）还包括：外接螺栓杆（11）、液压穿心千斤顶（12）、伺服油泵（13）、固定螺栓（14）、可调螺栓（15）、伺服电机（16）和拧动齿轮（17）；所述外接螺栓杆（11）的一端与所述拉索（5）的端头固定，且垂直结构端部（6）的端面向其外部延伸；所述液压穿心千斤顶（12）间隔套设在所述外接螺栓杆（11）的外侧，且其液压油缸（120）与所述结构端部（6）固定；所述伺服油泵（13）固定在所述结构端部（6），且与所述液压油缸（120）的油腔连通，所述伺服油泵（13）与所述伺服驱动器（4）电性连接；所述固定螺栓（14）与所述外接螺栓杆（11）螺纹连接，且顶紧在所述液压穿心千斤顶（12）的液压活塞（121）的外侧端部；所述可调螺栓（15）与所述外接螺栓杆（11）螺纹连接，且位于所述液压油缸（120）的内侧，并与所述液压油缸（120）存在间隙，所述可调螺栓（15）外圆周面上具有齿纹；所述压力传感器（10）固定在所述结构端部（6），且位于所述结构端部（6）和可调螺栓（15）之间，并与所述变送器（21）电性连接；所述伺服电机（16）固定在所述结构端部（6），且与所述伺服驱动器（4）电性连接；所述拧动齿轮（17）与所述伺服电机（16）的动力输出轴固定连接，且与所述可调螺栓（15）的外部齿纹啮合。
5.根据权利要求3所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，所述机械调节系统（1）还包括：外接螺栓杆（11）、液压缸（18）、活塞块（19）、伺服油泵（13）、可调螺栓（15）、伺服电机（16）和拧动齿轮（17）；所述外接螺栓杆（11）的一端与所述拉索（5）的端头固定，且垂直结构端部（6）的端面向其外部延伸；所述液压缸（18）同轴间隔套设在所述外接螺栓杆（11）外侧，且端头与所述结构端部（6）的端面固定；所述活塞块（19）固套在所述外接螺栓杆（11）上，且滑动连接在所述液压缸（18）内部；所述伺服油泵（13）固定在所述液压缸（18）上，且与所述活塞块（19）和结构端部（6）之间形成的油腔连通，所述伺服油泵（13）与所述伺服驱动器（4）电性连接；所述可调螺栓（15）与所述外接螺栓杆（11）螺纹连接，且位于所述液压缸（18）远离所述结构端部（6）一端的外侧，所述可调螺栓（15）外圆周面上具有齿纹；所述压力传感器（10）固定在所述液压缸（18）的端部，且位于所述液压缸（18）的端部和所述可调螺栓（15）之间，并与所述变送器（21）电性连接；所述伺服电机（16）固定在所述液压缸（18）上，且与所述伺服驱动器（4）电性连接；所述拧动齿轮（17）与所述伺服电机（16）的动力输出轴固定连接，且与所述可调螺栓（15）的外部齿纹啮合。
6.根据权利要求4-5任一项所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE018
控制n个所述伺服驱动器（4）向所述伺服电机（16）传递信号，使得所述拧动齿轮（17）转动，转动的圈数为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，所述可调螺栓（15）的转动圈数为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
；所述可调螺栓（15）外圆周的齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，拧动齿轮（17）外圆周的齿数为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
, 传动关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
。
7.根据权利要求3-5任一项所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，当|ΔF(n)/F 0 (n)×100%|＞10%时，所述PID调节器（3）启动；其中：ΔF(n)=F s (n)-F 0 (n)。
8.根据权利要求4-5任一项所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，所述拧动齿轮（17）转动一周对应的所述拉索（5）拉长或放回的量Δ为：
Δ=m D /m P *c；
其中：m D 为所述拧动齿轮（17）外圆周的齿数；m P 为所述可调螺栓（15）外圆周的齿数；c为所述可调螺栓（15）与所述外接螺栓杆（11）的螺距。
9.根据权利要求4-5任一项所述的一种群索智能控制索力调节设备，其特征在于，所述索力差值计算器（2）和PID调节器（3）采用PLC控制器，所述PLC控制器的型号为西门子SIMATIC S7-1200；所述伺服驱动器（4）为三菱伺服电机驱动JE-100A/HG-SN102J组合；所述压力传感器（10）为穿心式压力传感器，型号为ZGIOM1400KN。
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