CN116856944A - 基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，首先建立空间直角坐标系并确定第一目标纠偏力矩M_x、第二目标纠偏力矩M_y以及需要达到的目标总推力F_t，然后对第一目标纠偏力矩Mx和第二目标纠偏力矩My补偿后转换为对应的修正力矩，将圆周上均匀分布的每个油缸组的油压视为可调，利用斜截圆筒数学模型，在各油缸组油压矢量终点共面的条件下，对各个油缸组的油压进行均衡分配，再将分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为最终的分区油压，能够准确、高效地得到最优的分配结果，为盾构机姿态自动/智能控制打下技术基础。分配结果在满足分配目标的同时符合几何空间中的均衡性，有利于掘进施工中对管环的保护。

Description

基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法

技术领域

本发明涉及盾构机控制技术领域，具体涉及一种基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，其基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘，并在掘进的过程中铺设支撑性管片。盾构机盾体圆周通常均匀装配有若干推进油缸组，推进油缸组活塞杆顶端的撑靴撑抵在管环端面，通过缓慢伸出活塞杆反向推动盾构机向掘进方向运动。在周向上等间隔设置的若干油缸组通常划分为多个可独立调节油压的分区，各分区的油缸组数量可不等，按照工程需求，单组或者多组相邻的推进油缸组并联作为一个分区，由同一阀组统一控制油压，故同分区内各油缸对组应油压相同。

近年来，自动化、智能化技术在盾构装备及施工领域不断发展，其中最重要内容之一为盾构机掘进姿态自动控制。为实现盾构机姿态向目标姿态或计划线方向调整，可通过盾构机智能掘进系统感知盾构机作业环境和参数，并推荐出用于纠偏盾构姿态的目标总推力和目标纠偏力矩，将该目标值分解计算得到为每个分区对应的目标油压，再通过调节盾构机各推进油缸分区油压，调整纠偏力矩强度和方向，进而达到盾构机姿态纠偏的目的。然而在满足相同总推力和纠偏力矩条件下，各分区油压值组合结果数量众多。工程实践中，通常由司机根据经验和习惯进行调控，不同司机操作手法不同，导致相同前提下分区油压值分配结果差异性大，无法对盾构机姿态自动/智能控制技术发展提供有益参考。

此外，油压的分配还需要考虑到均衡性要求。无规律的分区油压分配情况如图1(a)所示，油压均衡分配情况见图1(b)。根据实际施工情况和业界共识，通常认为相邻分区油压相差越小则对分区交界管片的弯折力矩越小，进而可减少管片损伤，故相同总推力及纠偏力矩的前提下，各分区的油压越均衡越好，即分区油压大小沿目标纠偏力矩方向变化梯度一致则分配结果最优。

对盾构机而言，其运动的自由度为3：俯仰、横摆、前后平移，但推进缸数量远远大于3，由此产生液压缸过驱动问题。为达到盾构运动力学指标，需要对冗余推进油缸油压进行协调分配，该问题与在航空、航海、汽车等领域遇到的冗余性问题相似，称之为控制分配问题。现阶段对于控制分配问题的主要求解算法包括：

(1)显式组合法：显式组合法使用预先设计的组合方式由多个执行结构配合产生各个单一的控制效应。这种方法易于工程实现，适用于组合方式明显且有限的过驱动系统，但不能有效处理约束，也不能对性能进行优化，当某一执行机构出现故障时，设计的组合方案将失效，没有自适应重分配的能力，且对冗余度较高的系统不适用。

该方法需预先设置组合方式以产生某个单一的控制作用，但针对盾构机油压分配这种情况，推力在可行范围内是连续的、纠偏力矩在范围内也是连续的，相应各个油缸油压变化也是稳定且连续的，利用“显式组合法”难以在可行域内实现设计无数种多油缸油压组合方式，达到连续变化的目标推力和力矩。因此，显式组合法不适用于解决盾构机的分区油压分配问题。

(2)串接链法：假设系统的执行机构是分级结构，串接链控制分配方法的核心思想是若前一级执行机构饱和则，快速让下一级执行机构动作，以补偿需要的控制量。串接链控制分配算法具有工程实现简单、分配速度快和使用可靠等特点。也有一个明显的缺点是很容易导致执行机构的饱和。

该方法容易导致先动作的部分执行机构(油缸)油压/推力达到极限，这在盾构施工中是不可接受的。因此，串接链法不适用于解决盾构机的分区油压分配问题。

(3)直接分配法：直接分配法有Duaham提出，是一种几何算法，其过程为：给定控制伪指令W，首先得到一个合适的控制输入*R使得伪控制输入W*＝LR*，在W方向上幅值最大。

Bodson将直接分配转化为求解最优化问题的形式，通过给定ɑ，R*，并求解：

直接分配算法追求分配结果在期望方向上幅值最大，且需利用最优化问题求解方法进行求解，较为繁琐且不够精确。

(4)广义逆分配法：广义逆的控制分配算法引入了最小范数的约束，可表示为可表示为

该式的显式解为R＝L+W，其中L⁺＝L^T(LL^T)^-1是L的伪逆矩阵。

该方法通过广义逆求解各执行机构的动作量，其追求执行机构综合输出最小，但对于盾构机推进油缸分布不均衡——力臂差异大的情况时，其可保证分配结果满足总推力和力矩要求，但无法保证分配结果均衡(最大分区油压可能与最小分区油压相邻)，这种分配结果对管片受力存在潜在风险。

传统的控制分配算法中，除了上面列举的几种，还有Burken提出的一种求解加权最优控制分配问题的固定点迭代算法，该算法类似于梯度搜索的迭代算法，具有全局收敛性，但是若给出的是不可达的指令时，算法可能较慢。Petersen和Bodson提出的一种用于求解二次规划的内点算法，该方法一致收敛并且最优解的相对距离可知。此外，还有求解小到中规模的二次规划问题的有效集算法等。内点算法和有效集算法都是将控制分配问题转化为二次规划问题，其目的都是求解符合目标函数及约束条件下的最优解。利用二次规划求解控制分配问题一般追求约束条件下目标函数最小，该处理方式可实现满足目标总推力和纠偏力矩的各分区油压分配，但不能保证分配结果均衡。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，所述盾构机的推进系统包括在安装平面内沿圆周方向均匀分布的若干个油缸组，每个油缸组的推力方向均垂直于所述安装平面，所有油缸组被划分为多个分区，包括：

步骤S1，首先确定油缸组总数量n、分区数量m、各分区的油缸组数量n_j以及油缸组所在圆周的半径R，然后以所述圆周的中心为原点O，建立空间直角坐标系O-xyz并使x轴、y轴位于安装平面内，进一步确定所有分区相对于原点O在x方向的第一目标纠偏力矩M_x和在y方向的第二目标纠偏力矩M_y以及所述推进系统需要达到的目标总推力F_t；

步骤S2：先根据油缸组总数量、各油缸组对应的圆心角、分区数量以及各分区的油缸组数量，分别计算第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y的到达率以确定对应的修正系数，利用修正系数对第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y进行补偿，得到第一修正力矩M_{x_corrected}和第二修正力矩M_{y_corrected}；

步骤S3：以第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}以及目标总推力F_t为分配目标，利用斜截圆筒数学模型，在各油缸组油压矢量终点共面的条件下，对各个油缸组的油压进行均衡分配；

步骤S4：分别计算各分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为对应的分区油压，得到最终的分区油压均衡分配结果。

进一步的，步骤S1中，空间直角坐标系O-xyz的z轴正方向为自原点O垂直于安装平面指向盾构机掘进方向，y轴正方向为安装平面内自原点O指向盾构机天顶方向，x轴正方向根据右手法则确定。

进一步的，步骤S2中，第一目标纠偏力矩M_x对应的第一力矩到达率Ra_x的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_x,补偿后的第一修正力矩第二目标纠偏力矩M_y对应的第二力矩到达率Ra_y的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_y,补偿后的第二修正力矩其中，θ_i为第i个油缸组的中心对应的圆心角，n_j为第j个分区的油缸组数量。

进一步的，步骤S3包括以下子步骤：

步骤S3-1，建立斜截圆筒数学模型，将斜截圆筒任一母线长度应符合的几何约束与油缸组的油压矢量长度对应，推导得到当各油缸组的油压矢量终点共面时，各油缸组油压应满足的约束条件为：P_i＝P_b+R·cos(θ_i-α)·tanβ，式中，P_i为第i个油缸组的油压；基准油压P_b为一与各油压矢量方向一致的虚拟矢量，其起点位于原点O，终点位于各油压矢量终点所在的目标平面；θ_i为第i个油缸组的中心对应的圆心角，α为斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴在安装平面内投影的方向角，tanβ为各油缸组油压矢量终点所在的目标平面的倾斜度；

步骤S3-2，根据所有油缸组的推力之和等于目标总推力F_t的等量关系得到基准油压式中，K为油压与推力的换算系数；

步骤S3-3，根据第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}确定修正纠偏合力矩再通过斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴在安装平面内投影的方向角与修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的方向角之间的对应关系得到

步骤S3-4，根据各油缸组在α方向的推力力矩之和等于修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的等量关系得到

步骤S3-5，将P_b、α、tanβ代入步骤S3-1的约束条件中，得到关于变量θ_i的油缸组油压计算公式：

依次代入各油缸组对应的圆心角θ_i，分别计算各个油缸组分配到的油压。

进一步的，K＝F_max/P_max，F_max为单个油缸组油压达到最大值P_max时对应的最大推力。

进一步的，步骤S4中，分区油压的计算公式为：式中，P_{zone_j}为第j个分区的分区油压，P_i为第i个油缸组的油压，n_j为第j个分区的油缸组数量。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，对最终需要达到的第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y补偿后转换为对应的修正力矩，将圆周上均匀分布的每个油缸组的油压视为可调从而进行油压分配，简化了分配条件，再将分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为最终的分区油压，能够简单、高效地得到分配结果。

2、本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，通过分配盾构机的m个分区的油压，在满足给定的目标总推力F_t、第一目标纠偏力矩M_x以及第二目标纠偏力矩M_y的同时，使m个分区的油压分配符合几何空间中的均衡性，分配后的各分区油压梯度均匀，相邻分区油压相差更小，可有效减小对分区交界管片的弯折力矩，从而减少管片损伤，利于掘进施工中对管环的保护。

3、本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法通过理论计算准确高效地得到最优的油压分配结果，为盾构机姿态自动/智能控制打下技术基础。

附图说明

图1是本发明的实施例中分区油压分配示意图；

图2是本发明的实施例中盾构机推进油缸组分布示意图；

图3是本发明的实施例中基于力矩补偿的盾构机智能掘进分区油压均衡分配的流程图；

图4是本发明的实施例中斜截圆筒数学模型的示意图；

图5是本发明的实施例中油压矢量空间分布仿真图；

图6是本发明的实施例中油压分配效果仿真图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法作具体阐述。

<实施例>

如图1、2所示，本实施例中，盾构机的推进系统包括在安装平面内沿圆周方向均匀分布的若干个推进油缸组，每个油缸组的推力方向均垂直于所述安装平面，所有油缸组被划分为多个分区。

如图3所示，本实施例的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法包括如下步骤：

步骤S1，首先确定油缸组总数量n、分区数量m、各分区的油缸组数量n_j以及油缸组所在圆周的半径R，然后以所述圆周的中心为原点O，建立空间直角坐标系O-xyz并使x轴、y轴位于安装平面内，进一步确定所有分区相对于原点O在x方向的第一目标纠偏力矩M_x和在y方向的第二目标纠偏力矩M_y以及所述推进系统需要达到的目标总推力F_t；

步骤S2：先根据油缸组总数量、各油缸组对应的圆心角、分区数量以及各分区的油缸组数量，分别计算第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y的到达率以确定对应的修正系数，利用修正系数对第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y进行补偿，得到第一修正力矩M_{x_corrected}和第二修正力矩M_{y_corrected}；

步骤S3：以第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}以及目标总推力F_t为分配目标，利用斜截圆筒数学模型，在各油缸组油压矢量终点共面的条件下，对各个油缸组的油压进行均衡分配；

步骤S4：分别计算各分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为对应的分区油压，得到最终的分区油压均衡分配结果。

进一步的，步骤S1中，空间直角坐标系O-xyz中的z轴正方向为自原点O垂直于安装平面指向盾构机掘进方向，y轴正方向为安装平面内自原点O指向盾构机天顶方向，x轴方向根据右手法则确定。

具体的，本实施例中，按照使用习惯，以分区等效受力点所在圆周的中心O₁为原点O，以水平纠偏力矩、垂直纠偏力矩描述推进油缸产生的力矩。在观察者面向掘进方向的视角下，y轴由圆心O₁指向正上方(垂直方向)，x轴垂直于y轴指向右侧(水平方向)。

如图1、2所示，假定所述盾构机中各油缸组(根部中心)所在圆周的半径为R；所有油缸组在水平方向(即x方向)和垂直方向(即y方向)期望达到的目标纠偏力矩分别为M_x、M_y。

进一步的，步骤S2中，第一目标纠偏力矩M_x对应的第一力矩到达率Ra_x的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_x,补偿后的第一修正力矩第二目标纠偏力矩M_y对应的第二力矩到达率Ra_y的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_y,补偿后的第二修正力矩其中，θ_i为第i个油缸组的中心对应的圆心角，n_j为第j个分区的油缸组数量。

进一步的，步骤S3包括以下子步骤：

步骤S3-1，建立斜截圆筒数学模型，将斜截圆筒任一母线长度应符合的几何约束与油缸组的油压矢量长度对应，推导得到当各油缸组的油压矢量终点共面时，各油缸组油压应满足的约束条件。

具体的，如图1(b)和图4所示，盾构机各油缸组中心所在圆O₁(位于在安装平面内)、各油缸组油压矢量以及矢量顶点构成的椭圆O₂(位于目标平面内)可抽象为斜截圆筒。斜截圆筒的最高点记作C，经过C点的母线与圆O₁相交于点B，则平面O₁O₂CB为斜截圆筒的对称面，该平面与X轴正方向夹角记作α，则α为此斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴O₂C在安装平面内的投影O₁B的方向角。任一母线AG与圆O₁交于点A，与椭圆面交于点G，直线O₁A与X轴正方向夹角记作θ_i。斜截圆筒的椭圆面与圆面的夹角记作β。

由此可得到斜截圆筒数学模型与各分区油压矢量分布模型的对应关系：各油缸组油压矢量长度等于对应位置母线的长度，目标总推力F_t大小等于各分区推力之和，也即所有油缸组的推力之和。θ_i为第i个油缸组中心对应的圆心角，tanβ为各油缸组油压矢量终点所在的目标平面的倾斜度。

以任一母线AG为例推导母线顶点共面时母线长度所符合的几何约束。由图4可知|AG|＝|AD|+|DG|，其中|AD|＝|O₁O₂|，可知若在线段O₁O₂已知情况下，只需求得线段DG长度即可解算出AG长度。

由于平面O₁O₂CB与斜截圆筒的圆端面和椭圆端面都垂直，又平面AHFG、平面O₁O₂CB、以及圆O₁所在平面两两相互垂直，故四边形AHFG为矩形，进一步可知四边形DEFG亦为矩形，故|DG|＝|EF|。线段EF长度可在△EO2F内按照式|EF|＝|O₂E|·tanβ求解。在矩形O₁O₂EH中|O₂E|＝|O₁H|，而线段O1H长度可在△O1HA内由式|O₁H|＝|O₁A|·cos(θ_i-α)解算。

因此，经推导可知，所述斜截圆筒数学模型中任一母线长度AG长度应满足的几何约束为：l_i＝|AG|＝|O₁O₂|+R·cos(θ_i-α)·tanβ。

将所述斜截圆筒数学模型中的斜截圆筒母线长度应符合的几何约束对应至各油缸组油压矢量分布模型中，推导得到当各油缸组油压矢量终点共面时，第i个油缸组油压P_i应满足的约束条件为：

其中，Q_i＝R·cos(θ_i-α)，

式中，P_i为第i个油缸组的油压；基准油压P_b为与各油压矢量方向一致的虚拟矢量，其起点位于原点O，终点位于各油压矢量终点所在的目标平面。

步骤S3-2，根据所有油缸组的推力之和等于目标总推力F_t的等量关系得到基准油压。

具体的，假设第i个油缸组对应的推力为F_i，则：

由于油缸组沿圆周均匀分布，可推得：

因此，F_t＝P_bnK，解得基准油压式中，K为油压与推力的换算系数。

进一步的，K＝F_max/P_max，F_max为单组油缸油压达到最大值P_max时对应的最大推力。换算系数K根据实际的盾构机液压系统配置来确定。

步骤S3-3，根据第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}确定修正纠偏合力矩M_{t_corrected}，再通过斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴在安装平面内投影的方向角与修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的方向角之间的对应关系解得α。

具体的，已知第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}修正纠偏合力矩，则可得修正纠偏合力矩：

由于各油缸组中心在安装平面内沿圆周方向等间隔分布，斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴O₂C在安装平面内的投影O₁B的方向角与修正纠偏合力矩的方向角相等，即存在

步骤S3-4，根据各油缸组在α方向的推力力矩之和等于修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的等量关系解得tanβ。

具体的，根据等量关系可得：

由于油缸组沿圆周均匀分布，可推得：且

因此，解得/>

步骤S3-5，将P_b、α、tanβ代入步骤S3-1的约束条件中，得到关于变量θ_i的油缸组油压计算公式：

依次代入各油缸组对应的圆心角θ_i，分别计算各个油缸组分配到的油压。

进一步的，步骤S4中，分区油压的计算公式为：

式中，P_{zone_j}为第j个分区的分区油压，P_i为第i个油缸组的油压，n_j为第j个分区的油缸组数量。

最后，根据分区油压计算公式依次计算出m个分区的油压值，即为最终的分区油压均衡分配结果。

为证明本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法得到的最终分配结果可满足第一目标纠偏力矩M_x、第二目标纠偏力矩M_y以及目标总推力F_t，以下通过理论推导进行验证：

(1)关于力矩

在步骤S3中，假设每个油缸组的油压单独可调，均衡分配各油缸组的油压后，理论上在x、y方向的力矩分别为：

但由于实际可单独调节油压的最小单位为分区，将同分区内所有油缸油压的均值作为该分区的油压，则实际在x、y方向上的力矩分别为：

/>

进而可得：

因此，本实施例中，先假设每个油缸组的油压单独可调，以补偿后的第一修正力矩第二修正力矩/>为目标，对各个油缸组的油压进行均衡分配，使M_{x_target}＝M_{x_corrected},M_{y_target}＝M_{y_corrected}；然后再将同分区内所有油缸组在假设条件下分配到的油压的均值作为实际分配至该分区的分区油压，则可最终实现M_{x_act}＝M_x,M_{y_act}＝M_y。

由此可证，通过本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法最终分配得到的分区油压能够满足给定的第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y。

(2)关于总推力

在步骤S4中，将各分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为对应的分区油压，则实际产生的总推力为：

由此可证，通过本发明基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法最终分配得到的分区油压能够满足给定的目标总推力F_t。

为进一步验证油压均衡分配效果，进行仿真实验：以9米级盾构为例，盾构机推进系统共含19组油缸，每组油缸含2根油缸并通过撑靴物理连接油缸伸缩杆顶端。单组油缸对应的油压-推力转换系数为K＝2*(2000-0)/(35-0),单位:kN/MPa,19组油缸参数如表所示：

假设分区数量m＝6，各分区的油缸组数分别为3、3、3、4、3、3，其中下分区油缸组数量为4。以总推力Ft＝22489kN、第一目标纠偏力矩Mx＝-13493.4kN·m以及第二目标纠偏力矩My＝-17991.2kN·m为目标值进行分区油压分配，对分配结果进行仿真，推力矢量空间分布仿真结果如图5所示。6个分区对应的油压值分别为：14.70446043、9.92416454、5.53585978、6.14874373、11.68480322、15.54530372，单位为MPa。

对分配结果进行验证：计算得到各分区推力之和为22489.0kN，等于目标总推力；计算各分区推力乘以该分区对应的等效力点坐标，得出油压分配结果对应的水平纠偏力矩、垂直纠偏力矩分别为-13493.399999999996kN·m和17991.199999999993kN·m，符合目标纠偏力矩(计算机运算过程中存在精度丢失而导致的极小误差可忽略)。

设定目标总推力F_t＝22489kN，以1m为半径，总推力等效施力点绕推进油缸所在圆周的圆心环绕一周，相应纠偏力矩随该等效施力点发生变化，具体可由下式计算：

纠偏力矩其中ω∈(0,2π)，r＝1m，

以上述每点对应的总推力和纠偏力矩为目标值进行分区油压分配，验证分配结果对应的总推力、纠偏力矩及相关量变化情况，得到仿真结果如图6所示。由此可知，力心沿圆周移动而总推力保持不变，分配结果满足目标总推力F_t的要求；根据分配结果验算得到的力矩与目标纠偏力矩M_x、M_y的差值接近于零，能够满足推力分配要求。

综上，本发明的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，在给定目标总推力以及目标纠偏力矩的前提下，对各分区的油压进行分配，通过力矩补偿的方式简化分配条件，在满足分配目标的前提下，得到单一的、确定的均衡分配结果，实现分配后的各分区油压梯度均匀，利于掘进施工中对管环的保护，实用性强，具有较高的推广应用价值，并且可为盾构机姿态自动/智能控制打下技术基础。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，所述盾构机的推进系统包括在安装平面内沿圆周方向均匀分布的若干个油缸组，每个油缸组的推力方向均垂直于所述安装平面，所有油缸组被划分为多个分区，其特征在于，包括：

步骤S1，首先确定油缸组总数量n、分区数量m、各分区的油缸组数量以及油缸组所在圆周的半径R，然后以所述圆周的中心为原点O，建立空间直角坐标系O-xyz并使x轴、y轴位于安装平面内，进一步确定所有分区相对于原点O在x方向的第一目标纠偏力矩M_x和在y方向的第二目标纠偏力矩M_y以及所述推进系统需要达到的目标总推力F_t；

步骤S2：先根据油缸组总数量、各油缸组对应的圆心角、分区数量以及各分区的油缸组数量，分别计算第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y的到达率以确定对应的修正系数，利用修正系数对第一目标纠偏力矩M_x和第二目标纠偏力矩M_y进行补偿，得到第一修正力矩M_{x_corrected}和第二修正力矩M_{y_corrected}；

步骤S3：以第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}以及目标总推力F_t为分配目标，利用斜截圆筒数学模型，在各油缸组油压矢量终点共面的条件下，对各个油缸组的油压进行均衡分配；

步骤S4：分别计算各分区内所有油缸组分配到的油压的均值作为对应的分区油压，得到最终的分区油压均衡分配结果。

2.根据权利要求1所述的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，其特征在于：

步骤S1中，空间直角坐标系O-xyz的z轴正方向为自原点O垂直于安装平面指向盾构机掘进方向，y轴正方向为安装平面内自原点O指向盾构机天顶方向，x轴正方向根据右手法则确定。

3.根据权利要求1所述的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，其特征在于：

步骤S2中，第一目标纠偏力矩M_x对应的第一力矩到达率Ra_x的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_x,补偿后的第一修正力矩

第二目标纠偏力矩M_y对应的第二力矩到达率Ra_y的计算公式为：对应的修正系数为1/Ra_y,补偿后的第二修正力矩

其中，θ_i为第i个油缸组的中心对应的圆心角，n_j为第j个分区的油缸组数量。

4.根据权利要求1所述的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，其特征在于：

步骤S3包括以下子步骤：

步骤S3-1，建立斜截圆筒数学模型，将斜截圆筒任一母线长度应符合的几何约束与油缸组的油压矢量长度对应，推导得到当各油缸组的油压矢量终点共面时，各油缸组油压应满足的约束条件为：

P_i＝P_b+R·cos(θ_i-α)·tanβ，

式中，P_i为第i个油缸组的油压；基准油压P_b为一与各油压矢量方向一致的虚拟矢量，其起点位于原点O，终点位于各油压矢量终点所在的目标平面；θ_i为第i个油缸组的中心对应的圆心角，α为斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴在安装平面内投影的方向角，tanβ为各油缸组油压矢量终点所在的目标平面的倾斜度；

步骤S3-2，根据所有油缸组的推力之和等于目标总推力F_t的等量关系得到基准油压式中，K为油压与推力的换算系数；

步骤S3-3，根据第一修正力矩M_{x_corrected}、第二修正力矩M_{y_corrected}确定修正纠偏合力矩再通过斜截圆筒数学模型中椭圆形斜截面的长半轴在安装平面内投影的方向角与修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的方向角之间的对应关系得到

步骤S3-4，根据各油缸组在α方向的推力力矩之和等于修正纠偏合力矩M_{t_corrected}的等量关系得到

步骤S3-5，将P_b、α、tanβ代入步骤S3-1的约束条件中，得到关于变量θ_i的油缸组油压计算公式：

依次代入各油缸组对应的圆心角θ_i，分别计算各个油缸组分配到的油压。

5.根据权利要求4所述的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，其特征在于：

其中，K＝F_max/P_max，F_max为单个油缸组油压达到最大值P_max时对应的最大推力。

6.根据权利要求1所述的基于力矩补偿的盾构机智能掘进油压均衡分配方法，其特征在于：

步骤S4中，分区油压的计算公式为：

式中，P_{zone_j}为第j个分区的分区油压，P_i为第i个油缸组的油压，n_j为第j个分区的油缸组数量。