JP3445118B2 - Automatic direction control method for tunnel machine and recording medium recording automatic direction control program for tunnel machine - Google Patents

Automatic direction control method for tunnel machine and recording medium recording automatic direction control program for tunnel machine

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JP3445118B2
JP3445118B2 JP27923097A JP27923097A JP3445118B2 JP 3445118 B2 JP3445118 B2 JP 3445118B2 JP 27923097 A JP27923097 A JP 27923097A JP 27923097 A JP27923097 A JP 27923097A JP 3445118 B2 JP3445118 B2 JP 3445118B2
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angle
tunnel
pilot head
tunnel machine
length
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昌彦 佐藤
哲也 真鍋
三千人 松本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パイロットヘッド
傾動操作による方向修正機能を有するトンネル掘進機を
用いた圧入式小口径推進工法における地中のトンネル掘
進機の自動方向制御方法およびトンネル掘進機の自動方
向制御プログラムを記録した記録媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic direction control method for an underground tunnel excavator in a press-fit small-diameter propulsion method using a tunnel excavator having a direction correcting function by tilting a pilot head, and a tunnel excavator. The present invention relates to a recording medium on which an automatic direction control program is recorded.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のトンネル掘進機の自動方向制御
方法としては、従来、例えば以下に示す種々の方法が提
案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, various methods shown below have been proposed as automatic direction control methods for this type of tunnel machine.

【0003】(1)目標軌道に対するトンネル掘進機の
位置偏差とピッチング角度偏差それぞれに任意の比例ゲ
インを掛け、その両者の和を次回の入力ヘッド角とする
フィードバック制御、(2)目標軌道に対するトンネル
掘進機の位置偏差とピッチング角度偏差とそれに対する
入力ヘッド角に関するオペレータの経験と知識を使い、
制御規則をメンバーシップ関数で表現し制御を行うファ
ジィ制御、(3)所定の方向制御則から得られる、トン
ネル掘進機の位置偏差とピッチング角度偏差とそれに対
する入力ヘッド角との関係を学習データとしてニューラ
ルネットワークに学習させ、初期位置偏差および初期ピ
ッチング角度に依らない最適フィードバックゲインを得
るニューラルネットワーク制御則、(4)トンネル掘進
機のパイロットヘッド角とピッチング方向の先端位置、
姿勢角のダイナミクスをn次元線形離散時間確率モデル
で表現し、このモデルに基づいた状態観測器および最適
レギュレータを構成した最適フィードバック制御、
(5)ダイナミックモデルを介さず、レーザターゲット
を用いて計測した現在の位置および姿勢角から、次回の
最適な入力ヘッド角をファジィ推論で求める方法、
(6)レーザターゲットを用いて位置および姿勢角を計
測し、これと操作量であるパイロットヘッドの傾動角と
の入出力関係、すなわちダイナミクスをニューラルネッ
トワークで学習的に決定し、得られたダイナミックモデ
ルをもとに、次回の操作量を決定する方法。
(1) The position deviation and the pitching angle deviation of the tunnel machine with respect to the target track are multiplied by arbitrary proportional gains, and the sum of the two is used as the next input head angle for feedback control. (2) The tunnel for the target track Using the operator's experience and knowledge of excavator position deviation, pitching angle deviation and the corresponding input head angle,
Fuzzy control that expresses control rules with membership functions and controls them. (3) The relationship between the position deviation and pitching angle deviation of the tunnel machine and the input head angle for them, which is obtained from the predetermined direction control law, is used as learning data. A neural network control law for learning the neural network to obtain an optimum feedback gain that does not depend on the initial position deviation and the initial pitching angle, (4) the pilot head angle of the tunnel machine and the tip position in the pitching direction,
The dynamics of the attitude angle is expressed by an n-dimensional linear discrete-time stochastic model, and the optimal feedback control that configures the state observer and the optimal regulator based on this model,
(5) A method for finding the next optimum input head angle by fuzzy inference from the current position and posture angle measured using a laser target without using a dynamic model,
(6) A dynamic model obtained by measuring a position and an attitude angle using a laser target and learning-determining the input / output relationship between the position and the attitude angle and the tilt angle of the pilot head, which is an operation amount, that is, a neural network by learning. A method to determine the next operation amount based on.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法の
うち、(1)乃至(4)の自動制御方法は、ピッチング
方向のみでモデリングを行っており、操作量算定時に計
画線が複雑な水平方向の制御が犠牲になる。また、時系
列モデルであるため、各現場毎に区間を設けて、多くの
未定係数を計測値から同定する必要がある。また、同定
後は求めた係数を固定するので、その後地盤が急変する
場合には対応が遅れる。
Among the conventional methods described above, the automatic control methods (1) to (4) perform modeling only in the pitching direction, and the planning line is complicated when the operation amount is calculated. Control of direction is sacrificed. Further, since it is a time-series model, it is necessary to provide a section for each site and identify many undetermined coefficients from measured values. Further, since the obtained coefficient is fixed after identification, the response will be delayed if the ground changes suddenly thereafter.

【0005】上記(5),(6)の方法は、掘進機の状
態の計測にレーザターゲットを使用しているため、計画
線が直線の場合のみの制御に限定されたり、レーザ受光
部が発光部から見えなくなると計測不能となるといった
計測方法の問題がある。
In the above methods (5) and (6), since the laser target is used to measure the state of the machine, the control is limited to the case where the planned line is a straight line, or the laser receiving section emits light. There is a problem with the measurement method in that it becomes impossible to measure when it disappears from the department.

【0006】更に、(5)の方法では、制御系の内部に
モデルをもっておらず、ファジィルールによる次回操作
量の算出量は、必ずしも常に最適とは限らない。
Further, in the method (5), since the control system does not have a model inside, the calculation amount of the next operation amount by the fuzzy rule is not always optimum.

【0007】また、(6)の方法は、ニューラルネット
ワークで学習した区間においては、モデルの示すダイナ
ミックスの精度は良いが、未学習区間では、ダイナミク
スモデルの精度に問題があり、それをもとに次回操作量
を決めても、常に最適な制御が行えるとは限らない。ま
た、学習に時間を要するため、計測値を逐次モデルに反
映させることは難しく地盤の変化に即応できない。
In the method (6), the accuracy of the dynamics indicated by the model is good in the section learned by the neural network, but there is a problem in the accuracy of the dynamics model in the unlearned section. Even if the operation amount is determined next time, optimum control may not always be performed. Also, since it takes time to learn, it is difficult to reflect the measured values in the model one after another, and it is not possible to immediately respond to changes in the ground.

【0008】上記の各方法は、制御系構成の基となるダ
イナミックモデルの物理的意味が明確でないところに共
通した問題がある。
Each of the above methods has a common problem in that the physical meaning of the dynamic model, which is the basis of the control system configuration, is not clear.

【0009】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、地盤の変動に即応でき、施工
精度および作業効率を向上し得るトンネル掘進機の自動
方向制御方法およびトンネル掘進機の自動方向制御プロ
グラムを記録した記録媒体を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above,
The purpose is to provide an automatic direction control method for a tunnel machine and a recording medium that records an automatic direction control program for a tunnel machine that can respond to changes in the ground and improve construction accuracy and work efficiency. is there.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、修正方向へパイロットヘ
ッドを傾動させる第1の操作、土中に推進方向の空間を
つくるため、パイロットジャッキの伸長によってパイロ
ットヘッドを圧入する第2の操作、パイロットジャッキ
を縮めながら、発進立坑内の元押しジャッキによりトン
ネル掘進機および該トンネル掘進機に後続された埋設管
全体を推進させる第3の操作の3つの操作により方向制
御を行って1ストロークの推進を完了し、中折れ部を介
して前部推進筒と後部推進筒とが接続される圧入式トン
ネル掘進機の自動方向制御方法であって、地中のトンネ
ル掘進機および後続する埋設管を弾性床上の梁としてモ
デル化し、パイロットヘッド圧入時の反動による回転角
を当該パイロットヘッドの傾動角の一次関数と仮定し、
その内部パラメータ以外のモデルパラメータはすべて解
析的に決定し得る、パイロットヘッド角の操作量を入力
とし、パイロットヘッドの先端位置を出力とするダイナ
ミックモデルを用い、前記ダイナミックモデルは、設定
したパイロットヘッド角の大きさおよび前回から変化さ
せた角度をもとに、前記各操作毎の姿勢角の変化を求
め、これらを線形結合して1ストローク当りの姿勢変化
角を求める第1過程と、計測値に基づく姿勢角の初期値
と前記第1過程によって求めるストローク毎の姿勢変化
角を累積することにより任意ストローク経過後のトンネ
ル掘進機の姿勢角を求め、これを用いて掘進機各部の長
さおよび前記第1過程により算出する今回の各操作段階
の姿勢角の変化により、各操作段階終了毎の基準線から
の距離の変化を求め、これらの値を線形結合して、次の
1ストローク経過後のトンネル掘進機の中折れ部の基準
線からの変化距離を求める第2過程と、前記第2過程に
よって求めるストローク毎の中折れ部の基準線からの距
離の変化の累積とこの距離の初期値から求まる中折れ部
の基準線からの距離と、前記第2過程で求めたトンネル
掘進機の姿勢角と、パイロットヘッド角およびトンネル
掘進機各部の長さとから位置を算出する第3過程とを有
し、前記第1過程におけるパイロットヘッド圧入操作時
の反動によるトンネル掘進機の姿勢変化角をξ 2 とし、
パイロットヘッド角をηとして、該姿勢変化角ξ 2 を当
該時刻のパイロットヘッド角ηの線形関数ξ 2 として次
式のように ξ 2 =−(αη+γ) と仮定し、地上からの他の水平位置計測値、垂直位置お
よび姿勢角計測値により垂直、水平各々のαおよびγを
推定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成する ことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the present invention as set forth in claim 1 is a first operation for tilting a pilot head in a correction direction, for creating a space in the propulsion direction in the soil. A second operation of press-fitting the pilot head by extending the jack, and a third operation of retracting the pilot jack and propelling the tunnel excavator and the entire buried pipe following the tunnel excavator by the push jack in the starting shaft. A method for automatically controlling the direction of a press-fit tunnel excavator in which the front propulsion cylinder and the rear propulsion cylinder are connected to each other through the middle bending portion to perform the direction control by the three operations described above. The tunnel excavator in the ground and the subsequent buried pipe are modeled as beams on an elastic floor, and the rotation angle due to the recoil when the pilot head is pressed Assuming a linear function of the tilting angle of de,
All model parameters other than the internal parameters can be analytically determined. A dynamic model is used in which the operation amount of the pilot head angle is input and the tip position of the pilot head is output, and the dynamic model is the set pilot head angle. Based on the magnitude of the angle and the angle changed from the previous time, the change in the posture angle for each operation is obtained, and these are linearly combined to obtain the posture change angle per stroke. The posture angle of the tunnel machine after an arbitrary stroke has been obtained by accumulating the initial value of the posture angle based on this and the posture change angle for each stroke obtained by the first process, and using this, the length of each part of the machine and the above The change in the distance from the reference line at the end of each operation step is calculated from the change in the posture angle at each operation step calculated in the first process. By linearly combining these values, the second step of obtaining the change distance from the reference line of the middle bending portion of the tunnel machine after the next one stroke, and the middle bending portion of each stroke obtained by the second step Accumulation of change in distance from the reference line, distance from the reference line of the middle bent portion obtained from the initial value of this distance, attitude angle of the tunnel machine obtained in the second step, pilot head angle and tunnel machine A third step of calculating the position from the length of each part, and when the pilot head is press-fitted in the first step.
Let ξ 2 be the attitude change angle of the tunnel machine due to the recoil of
As a pilot head angle eta, the attitude change angle xi] 2 equivalents
As a linear function ξ 2 of the pilot head angle η at that time,
Assuming ξ 2 =-(αη + γ) as in the equation, other horizontal position measurement values from the ground and vertical position
And the attitude angle measurement value
Estimate the dynamic model of the tunnel machine
The main point is to construct a control system in and.

【0011】請求項1記載の本発明にあっては、ダイナ
ミックモデルは各操作毎の姿勢角の変化を求め、これら
を線形結合して1ストローク当りの姿勢変化角を求める
第1過程、任意ストローク経過後のトンネル掘進機の姿
勢角を求め、これを用いて各操作段階の姿勢角の変化に
より各操作段階終了毎の基準線からの距離の変化を求め
て線形結合し、次の1ストローク経過後の中折れ部の基
準線からの変化距離を求める第2過程、中折れ部の基準
線からの距離、姿勢角、パイロットヘッド角およびトン
ネル掘進機各部の長さとから位置を算出する第3過程を
有し、第1過程におけるパイロットヘッド圧入操作時の
反動によるトンネル掘進機の姿勢変化角をξ 2 とし、パ
イロットヘッド角をηとして、該姿勢変化角ξ 2 を当該
時刻のパイロットヘッド角ηの線形関数ξ 2 として次式
のように ξ 2 =−(αη+γ) と仮定し、地上からの他の水平位置計測値、垂直位置お
よび姿勢角計測値により垂直、水平各々のαおよびγを
推定し、 これをもとに制御系を構成する。
According to the first aspect of the present invention, the dynamic model obtains the change of the posture angle for each operation, and linearly combines these to obtain the posture change angle per stroke. After obtaining the attitude angle of the tunnel machine, the change in the attitude angle at each operation step is used to find the change in the distance from the reference line at the end of each operation step, and the values are linearly combined, and the next one stroke elapses. Second step of obtaining the change distance from the reference line of the middle bent portion, the third step of calculating the position from the distance of the middle bent portion from the reference line, the attitude angle, the pilot head angle and the length of each part of the tunnel machine With the pilot head press-fitting operation in the first process
Let ξ 2 be the posture change angle of the tunnel machine due to the recoil , and
With the pilot head angle being η, the posture change angle ξ 2 is
As a linear function ξ 2 of the pilot head angle η at time,
The way xi] 2 = - assuming (αη + γ) and the other horizontal position measurement value from the ground, your vertical position
And the attitude angle measurement value
Estimate and configure the control system based on this.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】更に、請求項2記載の本発明は、請求項1
記載の発明において、前記第1過程におけるパイロット
ヘッド傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化角をξ
1 、ヘッド角の操作量をΔηとしたとき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもと
に制御系を構成することを要旨とする。
Furthermore, the present invention according to claim 2 provides the invention according to claim 1.
In the invention described above, the posture change angle of the tunnel machine during the tilting operation of the pilot head in the first step is represented by ξ
1. When the head angle operation amount is Δη, ξ 1 = -β Δη is analytically calculated from the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes. The gist is to determine and configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0015】請求項2記載の本発明にあっては、第1過
程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネル掘進
機の姿勢変化角をξ1 、ヘッド角の操作量をΔηとした
とき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制
御系を構成する。
According to the second aspect of the present invention, when the attitude change angle of the tunnel excavator during tilting operation of the pilot head in the first process is ξ 1 , and the operation amount of the head angle is Δη, ξ 1 =- β which is βΔη is analytically determined from the soil soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic modulus, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes, and the control system is determined based on the dynamic model of the tunnel machine. Constitute.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】また、請求項記載の本発明は、請求項
または2記載の発明において、前記第1過程における元
押しによる全体推進操作終了時のパイロットヘッド圧入
操作完了時からのトンネル掘進機の姿勢変化角ξ3 をパ
イロットヘッド角の定数倍として、パイロットジャッキ
の伸長量とトンネル掘進機の前部推進筒の長さとパイロ
ットヘッド部の長さの和の比から、パイロットヘッド長
をLh 、ストローク長をLs 、前部推進筒の長さをL
f 、パイロットヘッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、前記トンネル掘進機のダイナミックモデル
をもとに制御系を構成することを要旨とする。
[0018] According to a third aspect of the invention, claim 1
Alternatively, in the second aspect of the invention, the attitude change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original pushing in the first process is set to a constant multiple of the pilot head angle, From the ratio of the amount of extension and the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , and the front propulsion cylinder length is L.
f and the pilot head angle are η, ξ 3 = {L s / (L h + L f )} η and the control system is constructed based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0019】請求項記載の本発明にあっては、第1過
程における元押しによる全体推進操作終了時のパイロッ
トヘッド圧入操作完了時からのトンネル掘進機の姿勢変
化角ξ3 をパイロットヘッド角の定数倍として、パイロ
ットジャッキの伸長量とトンネル掘進機の前部推進筒の
長さとパイロットヘッド部の長さの和の比から、パイロ
ットヘッド長をLh 、ストローク長をLs 、前部推進筒
の長さをLf 、パイロットヘッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成する。
According to the third aspect of the present invention, the attitude change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original pushing in the first process is defined as the pilot head angle. As a constant multiple, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , and the front propulsion cylinder is based on the ratio of the extension amount of the pilot jack and the ratio of the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head. Is L f and the pilot head angle is η, and ξ 3 = {L s / (L h + L f )} η is obtained, and the control system is configured based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0020】更に、請求項記載の本発明は、請求項
1,2または3のいずれかに記載の発明において、前記
第2過程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネ
ル掘進機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性
値と管の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さお
よび後続管数から解析的に求め、前記トンネル掘進機の
ダイナミックモデルをもとに制御系を構成することを要
旨とする。
Furthermore, the present invention according to claim 4 is the following:
In the invention described in any one of 1, 2, or 3, the position at which the attitude change of the tunnel machine is tilted during the tilting operation of the pilot head in the second step, is the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. The gist of the invention is to analytically obtain from the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent tubes, and to configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0021】請求項記載の本発明にあっては、第2過
程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネル掘進
機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性値と管
の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さおよび後
続管数から解析的に求め、トンネル掘進機のダイナミッ
クモデルをもとに制御系を構成する。
According to the present invention as defined in claim 4 , the position at which the attitude change of the tunnel machine during tilting operation of the pilot head in the second step is the center is the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. , The length of each part of the tunnel machine and the number of succeeding pipes are analytically obtained, and the control system is constructed based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0022】請求項記載の本発明は、請求項1,2,
3または4のいずれかに記載の発明において、前記第2
過程におけるパイロットヘッド圧入操作時のトンネル掘
進機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性値と
管の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さおよび
後続管数から解析的に求め、前記トンネル掘進機のダイ
ナミックモデルをもとに制御系を構成することを要旨と
する。
The present invention according to claim 5 relates to claims 1, 2 and
In the invention described in either 3 or 4,
The position that is the center of the posture change of the tunnel machine during the pilot head press-fitting operation in the process is analytically obtained from the soil soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic modulus, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes. The gist is to configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0023】請求項記載の本発明にあっては、第2過
程におけるパイロットヘッド圧入操作時のトンネル掘進
機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性値と管
の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さおよび後
続管数から解析的に求め、トンネル掘進機のダイナミッ
クモデルをもとに制御系を構成する。
According to the fifth aspect of the present invention, the position, which is the center of the posture change of the tunnel excavator during the pilot head press-fitting operation in the second step, is the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. , The length of each part of the tunnel machine and the number of succeeding pipes are analytically obtained, and the control system is constructed based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】請求項記載の本発明は、修正方向へパイ
ロットヘッドを傾動させる第1の操作、土中に推進方向
の空間をつくるため、パイロットジャッキの伸長によっ
てパイロットヘッドを圧入する第2の操作、パイロット
ジャッキを縮めながら、発進立坑内の元押しジャッキに
よりトンネル掘進機および該トンネル掘進機に後続され
た埋設管全体を推進させる第3の操作の3つの操作によ
り方向制御を行って1ストロークの推進を完了し、中折
れ部を介して前部推進筒と後部推進筒とが接続される圧
入式トンネル掘進機の自動方向制御方法を実施するプロ
グラムを記録した記録媒体であって、地中のトンネル掘
進機および後続する埋設管を弾性床上の梁としてモデル
化し、パイロットヘッド圧入時の反動による回転角を当
該パイロットヘッドの傾動角の一次関数と仮定し、その
内部パラメータ以外はすべて解析的に決定し得る、パイ
ロットヘッド角の操作量を入力とし、パイロットヘッド
の先端位置を出力とするダイナミックモデルを用い、前
記ダイナミックモデルは、設定したパイロットヘッド角
の大きさおよび前回から変化させた角度をもとに、前記
各操作毎の姿勢角の変化を求め、これらを線形結合して
1ストローク当りの姿勢変化角を求める第1過程と、計
測値に基づく姿勢角の初期値と前記第1過程によって求
めるストローク毎の姿勢変化角を累積することにより任
意ストローク経過後のトンネル掘進機の姿勢角を求め、
これを用いて掘進機各部の長さおよび前記第1過程によ
り算出する今回の各操作段階の姿勢角の変化により、各
操作段階終了毎の基準線からの距離の変化を求め、これ
らの値を線形結合して、次の1ストローク経過後のトン
ネル掘進機の中折れ部の基準線からの変化距離を求める
第2過程と、前記第2過程によって求めるストローク毎
の中折れ部の基準線からの距離の変化の累積とこの距離
の初期値から求まる中折れ部の基準線からの距離と、前
記第2過程で求めたトンネル掘進機の姿勢角と、パイロ
ットヘッド角およびトンネル掘進機各部の長さとから位
置を算出する第3過程とを有し、前記第1過程における
パイロットヘッド圧入操作時の反動によるトンネル掘進
機の姿勢変化角をξ 2 とし、パイロットヘッド角をηと
して、該姿勢変化角ξ 2 を当該時刻のパイロットヘッド
角ηの線形関数ξ 2 として次式のように ξ 2 =−(αη+γ) と仮定し、地上からの他の水平位置計測値、垂直位置お
よび姿勢角計測値により垂直、水平各々のαおよびγを
推定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成する ことを要旨とする。
According to the sixth aspect of the present invention, the first operation for tilting the pilot head in the correction direction, and the second operation for press-fitting the pilot head by extending the pilot jack in order to create a space in the soil in the propulsion direction. , While the pilot jack is contracted, the direction control is performed by the three operations of the third operation of propelling the tunnel excavator and the entire buried pipe following the tunnel excavator by the push jack in the starting shaft. A recording medium that records a program that completes propulsion and implements an automatic direction control method for a press-fit tunnel excavator in which a front propulsion cylinder and a rear propulsion cylinder are connected via a middle bent portion. The tunnel machine and the subsequent buried pipe are modeled as a beam on an elastic floor, and the rotation angle due to the recoil when the pilot head is press-fitted is calculated. The dynamic model is assumed to be a linear function of the tilt angle, and all the parameters other than its internal parameters can be analytically determined, and the operation amount of the pilot head angle is input and the tip position of the pilot head is output. Is a change in the posture angle for each operation based on the set pilot head angle and the angle changed from the previous time, and these are linearly combined to obtain the posture change angle per stroke. The posture angle of the tunnel machine after an arbitrary stroke has been obtained by accumulating one process, the initial value of the posture angle based on the measured value, and the posture change angle for each stroke obtained by the first process,
Using this, the change in the distance from the reference line at the end of each operation step is obtained by the change in the length of each part of the excavator and the change in the posture angle at each operation step at this time calculated in the first process, and these values are calculated. From the second step of linearly combining to obtain the change distance from the reference line of the middle broken part of the tunnel machine after the next one stroke, and from the reference line of the middle broken part for each stroke obtained by the second process. Accumulation of change in distance and distance from the reference line of the middle bent portion obtained from the initial value of this distance, attitude angle of the tunnel excavator obtained in the second step, pilot head angle, and length of each portion of the tunnel excavator in a third and a process, the first step of calculating the position from the
Tunnel excavation due to recoil during pilot head press-fitting operation
Let the aircraft attitude change angle be ξ 2 and the pilot head angle be η.
The attitude change angle ξ 2 to the pilot head at that time.
Assuming that the linear function ξ 2 of the angle η is ξ 2 =-(αη + γ) as shown in the following equation , other horizontal position measurement values from the ground and vertical position
And the attitude angle measurement value
Estimate the dynamic model of the tunnel machine
The main point is to construct a control system in and.

【0029】請求項記載の本発明にあっては、ダイナ
ミックモデルは各操作毎の姿勢角の変化を求め、これら
を線形結合して1ストローク当りの姿勢変化角を求める
第1過程、任意ストローク経過後のトンネル掘進機の姿
勢角を求め、これを用いて各操作段階の姿勢角の変化に
より各操作段階終了毎の基準線からの距離の変化を求め
て線形結合し、次の1ストローク経過後の中折れ部の基
準線からの変化距離を求める第2過程、中折れ部の基準
線からの距離、姿勢角、パイロットヘッド角およびトン
ネル掘進機各部の長さとから位置を算出する第3過程を
有し、前記第1過程におけるパイロットヘッド圧入操作
時の反動によるトンネル掘進機の姿勢変化角をξ 2
し、パイロットヘッド角をηとして、該姿勢変化角ξ 2
を当該時刻のパイロットヘッド角ηの線形関数ξ 2 とし
て次式のようにξ 2 =−(αη+γ)と仮定し、地上か
らの他の水平位置計測値、垂直位置および姿勢角計測値
により垂直、水平各々のαおよびγを推定し、これをも
とに制御系を構成するプログラムを記録媒体として記録
し、その流通性を高めている。
In a sixth aspect of the present invention, the dynamic model obtains a change in posture angle for each operation, and linearly combines the changes to obtain a posture change angle per stroke, a first step, an arbitrary stroke. After obtaining the attitude angle of the tunnel machine, the change in the attitude angle at each operation step is used to find the change in the distance from the reference line at the end of each operation step, and the values are linearly combined, and the next one stroke elapses. Second step of obtaining the change distance from the reference line of the middle bent portion, the third step of calculating the position from the distance of the middle bent portion from the reference line, the attitude angle, the pilot head angle and the length of each part of the tunnel machine And a pilot head press-fitting operation in the first step
Let ξ 2 be the attitude change angle of the tunnel machine due to the recoil of time.
Then, assuming that the pilot head angle is η, the attitude change angle ξ 2
Was a linear function xi] 2 pilot head angle η of the time
Assuming that ξ 2 =-(αη + γ),
Other horizontal position measurement values, vertical position and attitude angle measurement values
By estimating α and γ for each of the vertical and horizontal directions, the program constituting the control system is recorded as a recording medium on the basis of the estimated α and γ, thereby improving the distribution.

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】更に、請求項記載の本発明は、請求項
記載の発明において、前記第1過程におけるパイロット
ヘッド傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化角をξ
1 、ヘッド角の操作量をΔηとしたとき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもと
に制御系を構成することを要旨とする。
Furthermore, the present invention according to claim 7, claim 6
In the invention described above, the posture change angle of the tunnel machine during the tilting operation of the pilot head in the first step is represented by ξ
1. When the head angle operation amount is Δη, ξ 1 = -β Δη is analytically calculated from the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes. The gist is to determine and configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0033】請求項記載の本発明にあっては、第1過
程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネル掘進
機の姿勢変化角をξ1 、ヘッド角の操作量をΔηとした
とき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制
御系を構成するプログラムを記録媒体に記録し、その流
通性を高めている。
According to the present invention of claim 7, when the attitude change angle of the tunnel machine during the pilot head tilting operation in the first process is ξ 1 , and the operation amount of the head angle is Δη, ξ 1 =- β which is βΔη is analytically determined from the soil soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic modulus, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes, and the control system is determined based on the dynamic model of the tunnel machine. The constituent programs are recorded on a recording medium to improve the distribution.

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【0036】また、請求項記載の本発明は、請求項
または7記載の発明において、前記第1過程における元
押しによる全体推進操作終了時のパイロットヘッド圧入
操作完了時からのトンネル掘進機の姿勢変化角ξ3 をパ
イロットヘッド角の定数倍として、パイロットジャッキ
の伸長量とトンネル掘進機の前部推進筒の長さとパイロ
ットヘッド部の長さの和の比から、パイロットヘッド長
をLh 、ストローク長をLs 、前部推進筒の長さをL
f 、パイロットヘッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、前記トンネル掘進機のダイナミックモデル
をもとに制御系を構成することを要旨とする。
Further, the present invention according to claim 8 is directed to claim 6
Or the attitude change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original push in the first process is set to a constant multiple of the pilot head angle. From the ratio of the amount of extension and the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , and the front propulsion cylinder length is L.
f and the pilot head angle are η, ξ 3 = {L s / (L h + L f )} η and the control system is constructed based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0037】請求項記載の本発明にあっては、第1過
程における元押しによる全体推進操作終了時のパイロッ
トヘッド圧入操作完了時からのトンネル掘進機の姿勢変
化角ξ3 をパイロットヘッド角の定数倍として、パイロ
ットジャッキの伸長量とトンネル掘進機の前部推進筒の
長さとパイロットヘッド部の長さの和の比から、パイロ
ットヘッド長をLh 、ストローク長をLs 、前部推進筒
の長さをLf 、パイロットヘッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成するプログラムを記録媒体に記録し、
その流通性を高めている。
According to the present invention of claim 8 , the attitude change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original pushing in the first step is defined as the pilot head angle. As a constant multiple, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , and the front propulsion cylinder is based on the ratio of the extension amount of the pilot jack and the ratio of the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head. Is L f and the pilot head angle is η, and ξ 3 = {L s / (L h + L f )} η is obtained, and a program that constitutes a control system based on the dynamic model of the tunnel machine is recorded as a recording medium. Recorded in
Its distribution is enhanced.

【0038】更に、請求項記載の本発明は、請求項
6,7または8のいずれかに記載の発明において、前記
第2過程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネ
ル掘進機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性
値と管の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さお
よび後続管数から解析的に求め、前記トンネル掘進機の
ダイナミックモデルをもとに制御系を構成することを要
旨とする。
Furthermore, the present invention according to claim 9 is the following:
In the invention described in any one of 6, 7, and 8, the position which becomes the center of the posture change of the tunnel excavator during the tilting operation of the pilot head in the second step is defined as the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. The gist of the invention is to analytically obtain from the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent tubes, and to configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0039】請求項記載の本発明にあっては、第2過
程におけるパイロットヘッド傾動操作時のトンネル掘進
機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性値と管
の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さおよび後
続管数から解析的に求め、トンネル掘進機のダイナミッ
クモデルをもとに制御系を構成するプログラムを記録媒
体に記録し、その流通性を高めている。
In a ninth aspect of the present invention, the position at which the attitude change of the tunnel machine when the pilot head is tilted in the second step is the center of change is the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. , The length of each part of the tunnel machine and the number of succeeding pipes are analytically obtained, and the program that configures the control system is recorded on the recording medium based on the dynamic model of the tunnel machine to improve its distribution.

【0040】請求項10記載の本発明は、請求項6,
7,8または9のいずれかに記載の発明において、前記
第2過程におけるパイロットヘッド圧入操作時のトンネ
ル掘進機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性
値と管の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さお
よび後続管数から解析的に求め、前記トンネル掘進機の
ダイナミックモデルをもとに制御系を構成することを要
旨とする。
The present invention according to claim 10 provides the sixth and sixth aspects .
In the invention described in any one of 7, 8 and 9, the position which becomes the center of the posture change of the tunnel excavator during the pilot head press-fitting operation in the second step is defined as the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, and the elastic coefficient. The gist of the invention is to analytically obtain from the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent tubes, and to configure a control system based on the dynamic model of the tunnel machine.

【0041】請求項10記載の本発明にあっては、第2
過程におけるパイロットヘッド圧入操作時のトンネル掘
進機の姿勢変化の中心となる位置を周辺地盤の土性値と
管の形状、弾性係数、トンネル掘進機各部の長さおよび
後続管数から解析的に求め、トンネル掘進機のダイナミ
ックモデルをもとに制御系を構成するプログラムを記録
媒体に記録し、その流通性を高めている。
According to the tenth aspect of the present invention, the second aspect
The position that is the center of the posture change of the tunnel machine during the pilot head press-fitting operation in the process is analytically obtained from the soil soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic modulus, the length of each part of the tunnel machine and the number of subsequent pipes. Based on the dynamic model of the tunnel excavator, the program that constitutes the control system is recorded on the recording medium to improve its distribution.

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0047】図1は、本発明の一実施形態に係るトンネ
ル掘進機の自動方向制御方法を実施する制御系の構成を
示すブロック図である。同図において、11はトンネル
掘進機、12は観測器、13は状態フィードバックゲイ
ン、14はI動作ゲイン、15,16は加算器である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control system for carrying out an automatic direction control method for a tunnel machine according to an embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a tunnel machine, 12 is an observer, 13 is a state feedback gain, 14 is an I operation gain, and 15 and 16 are adders.

【0048】図2に示すフローチャートを参照して、図
1に示す制御系を用いた本発明の手順について説明す
る。
The procedure of the present invention using the control system shown in FIG. 1 will be described with reference to the flow chart shown in FIG.

【0049】トンネル掘進機11は、後述する図3〜図
6で詳細な動作を説明するように先頭に設けられている
パイロットヘッドを目標位置の方向に傾動させ、それか
らパイロットジャッキの伸長により該パイロットヘッド
を地中に圧入して推進方向の空間を形成し、次にパイロ
ットジャッキを縮めながら、発進立坑内の元押しジャッ
キによりトンネル掘進機および該トンネル掘進機に後続
された埋設管全体を推進させるというヘッド操作を行
い、これにより地中を前進する(ステップS11)。
The tunnel machine 11 tilts the pilot head provided at the head toward the target position as described in detail with reference to FIGS. 3 to 6 described later, and then extends the pilot jack to extend the pilot head. The head is press-fitted into the ground to form a space in the direction of propulsion, and then the pilot jack is compressed while the pilot jack in the starting shaft propels the tunnel machine and the entire buried pipe following the tunnel machine. The head operation is performed to move forward in the ground (step S11).

【0050】このようにトンネル掘進機11が地中を前
進する場合のパイロットヘッドの水平位置、深度、傾動
角を測定する(ステップS13)。そして、これらの測
定した情報をカルマンフィルタを用いた観測器12に入
力する。該観測器12はこれらの情報に基づいてトンネ
ル掘進機の状態量およびパイロットヘッドの圧入時の反
動を示す内部パラメータを推定する(ステップS1
5)。この内部パラメータの推定は請求項1の第1の工
程に対応する処理である。
In this way, the horizontal position, depth and tilt angle of the pilot head when the tunnel excavator 11 moves forward in the ground are measured (step S13). Then, the measured information is input to the observer 12 using the Kalman filter. Based on these pieces of information, the observer 12 estimates an internal parameter indicating a state quantity of the tunnel machine and a reaction when the pilot head is press-fitted (step S1).
5). The estimation of the internal parameter is a process corresponding to the first step of claim 1.

【0051】それから、上述したように推定値に基づい
て現在の状態と目標とする状態である目標位置との差を
算出するとともに(ステップS17)、また既知のパラ
メータと推定された内部パラメータからダイナミクスが
推定され、最適レギュレータによりフィードバックゲイ
ン13を算出する(ステップS19)。このステップS
19の処理は請求項1第2の工程に対応する処理であ
る。
Then, as described above, the difference between the current state and the target position which is the target state is calculated based on the estimated value (step S17), and the dynamics is calculated from the known parameter and the estimated internal parameter. Is estimated, and the feedback gain 13 is calculated by the optimum regulator (step S19). This step S
The process of 19 is a process corresponding to the second step of claim 1.

【0052】次に、ゲインベクトルと状態量の誤差ベク
トルのスカラ積により次回のパイロットヘッド操作量を
算出し、この操作量に入力制限処理を行い、トンネル掘
進機に入力する(ステップS21)。ステップS17,
S21の処理は請求項1の第3の工程に対応する処理で
ある。
Next, the next pilot head operation amount is calculated by the scalar product of the gain vector and the error vector of the state quantity, the input restriction processing is performed on this operation quantity, and the operation amount is input to the tunnel machine (step S21). Step S17,
The process of S21 is a process corresponding to the third step of claim 1.

【0053】図3は、図1の実施形態に使用されるトン
ネル掘進機の構成を示す斜視図である。同図に示すトン
ネル掘進機は圧入式小口径推進工法を使用している。こ
のトンネル掘進機は、パイロットヘッド角修正機能およ
び中折れ機能を有するトンネル掘進機本体31、トンネ
ルを形成する埋設管32、トンネル掘進機本体31およ
び埋設管32を押し込む元押し装置33、発進立坑38
内の元押し装置33に油圧を供給する油圧装置34、推
進力の管理、掘進機の姿勢監視、パイロットヘッド角の
修正等を行う操作盤35で構成される。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the tunnel machine used in the embodiment of FIG. The tunnel machine shown in the figure uses the press fit type small diameter propulsion method. This tunnel excavator includes a tunnel excavator main body 31 having a pilot head angle correction function and a center bending function, a buried pipe 32 forming a tunnel, a main pusher device 33 for pushing the tunnel excavator main body 31 and the buried pipe 32, and a starting shaft 38.
It is composed of a hydraulic device 34 for supplying hydraulic pressure to the original pushing device 33, an operation panel 35 for controlling propulsion force, monitoring the posture of the excavator, and correcting the pilot head angle.

【0054】このように構成されるトンネル掘進機を使
用して、トンネルは、トンネル掘進機本体31の先端の
パイロットヘッドのみをパイロットジャッキにより圧入
後、掘進機および掘進機後端に順次継ぎ足した埋設管3
2全体を発進立坑38に設置した元押し装置33により
油圧で押し込みながら形成される。オペレータ36は位
置計測値をもとに操作盤35によりパイロットヘッド角
を逐次設定し、設計軌道に沿うように方向制御を行う。
なお、37は地表である。
Using the tunnel machine constructed as described above, the tunnel is buried by sequentially inserting only the pilot head at the tip of the tunnel machine body 31 with the pilot jack, and then sequentially adding to the machine and the rear end of the machine. Tube 3
It is formed by hydraulically pushing in the whole 2 by the original push device 33 installed in the starting shaft 38. The operator 36 sequentially sets the pilot head angle by the operation panel 35 based on the position measurement value, and controls the direction so as to follow the designed trajectory.
In addition, 37 is a ground surface.

【0055】次に、図4を参照して、トンネル掘進機本
体31の詳細と電磁法による水平位置計測手法について
説明する。掘進機本体31は、パイロットヘッド401
と中折れ機構404を境にして前部推進筒402と後部
推進筒403から構成されている。パイロットヘッド4
01内部には、発信コイル405が搭載されており、後
部推進筒403には折れ角センサ406が装着されてい
る。電磁法による水平位置の計測は、地表37で受信機
410に60cm間隔で取り付けた2つの受信コイル40
9に生じる発信コイル405より発せられた磁力線40
7による誘起電圧を測定器411にて計測し、左右の電
圧値からパイロットヘッド401の設計軌道412との
ズレ量を特定する方法をとっている。
Next, the details of the tunnel machine main body 31 and the horizontal position measuring method by the electromagnetic method will be described with reference to FIG. The excavator main body 31 is a pilot head 401.
It is composed of a front propulsion cylinder 402 and a rear propulsion cylinder 403 with the center folding mechanism 404 as a boundary. Pilot head 4
A transmission coil 405 is mounted inside 01, and a bending angle sensor 406 is mounted on the rear propulsion cylinder 403. Horizontal position measurement by the electromagnetic method is performed by two receiving coils 40 attached to the receiver 410 at 60 cm intervals on the ground surface 37.
Magnetic field lines 40 emitted from the transmission coil 405 at 9
The induced voltage due to No. 7 is measured by the measuring device 411, and the deviation amount from the design trajectory 412 of the pilot head 401 is specified from the voltage values on the left and right.

【0056】図5を参照して、トンネル掘進機の垂直位
置および姿勢角の計測手法について説明する。トンネル
掘進機の垂直位置は、地上のシリコンタンク51からシ
リコンホース52に供給されるシリコンオイルのホース
両端での液圧を前部推進筒内に搭載した圧力センサ53
と地上基準圧力センサ54により測定し、その差より、
測定基準面55からの垂直距離を得、深度を既知の位置
より相対的に算出する。また、姿勢角は傾斜計により測
定する。
A method of measuring the vertical position and the attitude angle of the tunnel machine will be described with reference to FIG. The vertical position of the tunnel machine is the pressure sensor 53 in which the hydraulic pressure of the silicone oil supplied from the silicon tank 51 on the ground to the silicon hose 52 at both ends of the hose is mounted in the front propulsion cylinder.
And the ground reference pressure sensor 54, and from the difference,
The vertical distance from the measurement reference plane 55 is obtained, and the depth is calculated relative to the known position. The attitude angle is measured with an inclinometer.

【0057】次に、図6を参照して、トンネル掘進機本
体31の方向修正方法について説明する。まず、図6
(a)の初期状態から図6(b)に示すように右部の方
向修正ジャッキ601Rを縮め、左部の方向修正ジャッ
キ601Lを伸ばし、パイロットヘッド401を左方に
傾動する。次に、図6(c)に示すようにパイロットジ
ャッキ602を伸ばし、パイロットヘッド401を修正
方向の土中に向かって圧入する。そして、図6(d)に
示すようにパイロットジャッキ602を縮めると同時に
元押ジャッキを伸ばし、埋設管32を押し込む。更に、
元押ジャッキを縮めると同時に、ジャッキ移動用スクリ
ューを回転し、元押ジャッキを前方に移動する。この手
順1サイクルで45cm推進し、6サイクルで管1本分の
推進を終了する。そして、埋設管32を接続し、このサ
イクルを繰り返す。以後、この1サイクルを1ストロー
クと呼ぶ。
Next, a method of correcting the direction of the tunnel machine main body 31 will be described with reference to FIG. First, FIG.
From the initial state of FIG. 6A, as shown in FIG. 6B, the direction correction jack 601R on the right part is contracted, the direction correction jack 601L on the left part is extended, and the pilot head 401 is tilted to the left. Next, as shown in FIG. 6C, the pilot jack 602 is extended, and the pilot head 401 is pressed into the soil in the correction direction. Then, as shown in FIG. 6D, the pilot jack 602 is contracted, and at the same time, the original push jack is extended to push in the embedded pipe 32. Furthermore,
At the same time as retracting the source push jack, the jack moving screw is rotated to move the source push jack forward. In this procedure, propel 45 cm in one cycle, and complete propulsion for one tube in 6 cycles. Then, the buried pipe 32 is connected and this cycle is repeated. Hereinafter, this one cycle is referred to as one stroke.

【0058】次に、トンネル掘進機の自動方向制御方法
の実行手順について説明する。
Next, the execution procedure of the automatic direction control method for the tunnel machine will be described.

【0059】最初に、ダイナミックモデルの算出方法に
ついて説明する。以下のモデリングは、特願平8−29
0542号のトンネル掘進機の位置推定法に記載の方法
を拡張したものである。
First, the method of calculating the dynamic model will be described. The following modeling is based on Japanese Patent Application No. 8-29.
It is an extension of the method described in the position estimation method for the tunnel machine of No. 0542.

【0060】モデリングは垂直、水平同一の考え方で行
っており、ローリングした掘進機におけるヘッド角を掘
進機の水平、垂直座標から絶対水平、鉛直座標へ変換す
れば、直交しているのでそれぞれ独立である。従って、
簡単のため2次元モデルを示す。
The modeling is performed in the same way as vertical and horizontal. If the head angle of a rolling machine is converted from the horizontal and vertical coordinates of the machine to absolute horizontal and vertical coordinates, they are orthogonal and therefore independent. is there. Therefore,
A two-dimensional model is shown for simplicity.

【0061】kを任意のストローク数として、kおよび
k+1ストローク時のローリングを補正したヘッド角を
η(k) およびη(k+1)とし、kからk+1ストローク時
の各操作毎の前部推進筒の姿勢角の変化およびその回転
中心の位置について以下の3つの仮定を設ける。この
時、すべての角は微小と考え
Let k be an arbitrary number of strokes, and let the rolling-corrected head angles at k and k + 1 strokes be η (k) and η (k + 1), and set the front propulsion cylinder for each operation from k to k + 1 strokes. The following three assumptions are made about the change of the posture angle and the position of the rotation center thereof. At this time, all corners are considered to be minute

【数1】 が成立するものとする。[Equation 1] Shall hold.

【0062】仮定1:図6(b)に示すように、方向修
正のため、前回の全体推進終了時からパイロットヘッド
角を変化させたときに前部推進筒の姿勢は変化する。図
7は、これを模式的に表したものである。同図におい
て、Lf は前部推進筒の長さ、fβは前部推進筒の姿勢
変化の中心となる位置の中折れ部からの距離と前部推進
筒の長さの比、Lh はパイロットヘッドの長さ、fh
パイロットヘッドの姿勢変化の中心となる位置の前部推
進筒先端からの距離とパイロットヘッドの長さの比、ξ
1 は前部推進筒の姿勢変化角、Oは前部推進筒先端位
置、Cは中折れ部、Δη(k) はヘッド角の変化量 η(k+1)−η(k) である。この時のトンネル掘進機の姿勢角の変化はパイ
ロットヘッド角の変化量に比例するものとし、パラメー
タβを導入し ξ1 =−β(η(k+1)−η(K)) とする。
Assumption 1: As shown in FIG. 6 (b), the posture of the front propulsion cylinder changes when the pilot head angle is changed from the end of the previous entire propulsion for direction correction. FIG. 7 schematically shows this. In the figure, L f is the length of the front propulsion cylinder, f β is the ratio of the distance from the center bending portion at the center of the posture change of the front propulsion cylinder to the length of the front propulsion cylinder, and L h Is the length of the pilot head, f h is the ratio of the distance from the tip of the front propulsion cylinder to the position at the center of the attitude change of the pilot head and the length of the pilot head, ξ
1 is the attitude change angle of the front propulsion cylinder, O is the tip position of the front propulsion cylinder, C is the middle bent portion, and Δη (k) is the change amount η (k + 1) −η (k) of the head angle. The change in the attitude angle of the tunnel machine at this time is assumed to be proportional to the amount of change in the pilot head angle, and the parameter β is introduced and ξ 1 = −β (η (k + 1) −η (K)).

【0063】仮定2:図6(c)に示すように、パイロ
ットヘッドを前方地山(地中)へ圧入する時、その反動
を受け、前部推進筒の姿勢は変化する。図8は、これを
模式的に表したものである。同図において、αη+γ
(=ξ2 )はこの時の姿勢変化角、Ls はパイロットヘ
ッド圧入長、fαはパイロットヘッド圧入時の前部推進
筒の姿勢変化の中心となる位置の中折れ部からの距離と
前部推進筒の長さの比である。他の記号が示すものは、
図7と同一である。この時のトンネル掘進機の姿勢角の
変化はヘッドの傾動角の一次関数で表せうるものとし、
パラメータα,γを導入し、 ξ2 =−αη(k+1)−γ とする。また、この時中折れ部Cは後方にRだけ移動す
るものとする。
Assumption 2: As shown in FIG. 6 (c), when the pilot head is press-fitted into the front ground (underground), it receives a reaction and the posture of the front propulsion cylinder changes. FIG. 8 schematically shows this. In the figure, αη + γ
(= Ξ 2 ) is the posture change angle at this time, L s is the pilot head press-fit length, f α is the distance from the center bending part and the front position at the center of the posture change of the front propulsion cylinder when the pilot head is press-fit. It is the ratio of the length of the partial propulsion cylinder. What the other symbols indicate is
It is the same as FIG. 7. The change in the attitude angle of the tunnel machine at this time can be expressed by a linear function of the tilt angle of the head,
The parameters α and γ are introduced, and ξ 2 = −αη (k + 1) −γ. Further, at this time, the middle bent portion C is assumed to move rearward by R.

【0064】仮定3:図6(d)に示すように元押しに
よる全体推進後、図9のようにヘッド先端の位置は圧入
した位置を動かず、中折れ部はヘッド圧入操作終了後の
前部推進筒の位置を辿るように動くものとする。図9に
おいて、Dc は全体推進による中折れ部の移動距離、F
はヘッド圧入完了時の前部推進筒先端の位置、Hはヘッ
ド圧入完了時のヘッド後端の位置、Pはヘッド先端の位
置、C′は全体推進完了後の中折れ部の位置、H′は全
体推進完了時のヘッド後端の位置、OはFHとC′H′
の交点、xはOHの長さ、yはOH′の長さ、ξ3 は全
体推進時の前部推進筒の姿勢変化角である。
Assumption 3: As shown in FIG. 6 (d), after the entire propulsion by the original push, the position of the head tip does not move at the press-fitted position as shown in FIG. 9, and the middle bent part is before the head press-fitting operation. It shall move so as to follow the position of the local propulsion cylinder. In FIG. 9, D c is the moving distance of the middle bent portion due to the entire propulsion, F
Is the position of the front propulsion cylinder tip when the head press-fitting is completed, H is the position of the head rear end when the head press-fitting is completed, P is the position of the head tip, C'is the position of the middle bent part after the completion of the total propulsion, and H ' Is the position of the rear end of the head when the entire propulsion is completed, O is FH and C'H '
Where x is the length of OH, y is the length of OH ', and ξ 3 is the attitude change angle of the front propulsion cylinder during full propulsion.

【0065】以上の仮定のもと、各操作手順毎の姿勢変
化角を算出し、それらを線形結合して1ストローク当り
の前部推進筒の姿勢変化角 Δθf (k) (=θf (k+1)−θf (K)) を算出する。ただし、θf (k) はkストローク時の前部
推進筒の基準線からの相対角である。その準備として、
地中の埋設管を弾性床上の梁としてモデル化し、周辺地
盤と後続管数の影響について力学的に考察する。
Under the above assumptions, the attitude change angle for each operation procedure is calculated, and these are linearly combined to form the attitude change angle of the front propulsion cylinder per stroke Δθ f (k) (= θ f ( Calculate k + 1) −θ f (K)). However, θ f (k) is a relative angle from the reference line of the front propulsion cylinder at the time of k strokes. In preparation,
The underground pipe is modeled as a beam on an elastic floor, and the influence of the surrounding ground and the number of subsequent pipes is considered mechanically.

【0066】単位幅の梁(曲げ剛度EI、Eは弾性係
数、Iは断面二次モーメント)が弾性床上にあるとし
て、幅方向に一様の条件を仮定すると、たわみの式は次
の関係で与えられる。
Assuming that a beam of unit width (bending rigidity EI, E is elastic modulus, I is second moment of area) is on the elastic floor, and a uniform condition is assumed in the width direction, the equation of deflection is as follows. Given.

【0067】[0067]

【数2】 ここで、ks は弾性床のバネを表し、kgf/cm2 の単位を
もつものとする。wは単位長さ当りの荷重である。
[Equation 2] Here, k s represents a spring of an elastic floor and has a unit of kgf / cm 2 . w is the load per unit length.

【0068】[0068]

【数3】 境界条件を与えない解の形は上原七司著、猪瀬寧雄監修
「コンピューターによる橋梁と構造の振動解析」森北出
版(1970),pp.31,式(2.14)によると次のようにな
る。
[Equation 3] The shape of the solution without boundary conditions is written by Nanashi Uehara, supervised by Yasuo Inose, "Computational Vibration Analysis of Bridges and Structures", Morikita Publishing (1970), pp. 31, according to equation (2.14):

【0069】[0069]

【数4】 ここに、A,B,C,Dは境界条件から定まるべき定数
である。
[Equation 4] Here, A, B, C, and D are constants that should be determined from the boundary conditions.

【0070】曲線施工を可能とした本トンネル掘進機で
は、埋設管相互は溶接されておらず、差し込み形式をと
っている。このため、埋設管相互はピン結合されている
ものと見なす。従って、両端のモーメントは0である。
この境界条件のもと、任意の管とその掘進機側の管を自
由物体としてそれぞれ取り出したとき、それぞれの左端
(立坑側)に作用させるべき集中荷重の大きさと変位の
関係を求める。地盤バネ値をks 、それぞれの集中荷重
をPn とPn+1 、変位をyn ,yn+1 、埋設管の長さを
c とし、任意の管の左端と右端では、せん断力の符号
の定義が逆であることと、接合点の適合条件に注意すれ
ば、
In this tunnel excavator capable of performing curved construction, the buried pipes are not welded to each other and are of a plug type. For this reason, the buried pipes are considered to be pin-coupled to each other. Therefore, the moments at both ends are zero.
Under this boundary condition, when an arbitrary pipe and its excavator side pipe are taken out as free objects, the relationship between the magnitude and displacement of the concentrated load to be applied to each left end (vertical shaft side) is obtained. The ground spring value is k s , the respective concentrated loads are P n and P n + 1 , the displacements are y n and y n + 1 , the length of the buried pipe is L c, and the shearing is performed at the left and right ends of any pipe. If the definition of the sign of force is reversed and the matching condition of the junction point is noted,

【数5】 を得る。ただし、 φ=μLc ψ0 = sinhφ cosφ− coshφ sinφ ψ1 = sinhφ coshφ− sinφ cosφ ψ2 = sinh2 φ− sin2 φ ψ3 = cosh2 φ− cos2 φ とおいた。ここで、[Equation 5] To get However, φ = μL c ψ 0 = sinhφ cosφ− coshφ sinφ ψ 1 = sinhφ cosφφ−sinφ cosφ ψ 2 = sinh 2 φ−sin 2 φψ 3 = cosh 2 φ−cos 2 φ. here,

【数6】 と表すことができる。P0 ,y0 は、仮に地中に埋設さ
れた直後の埋設管の立坑側接合点の値とする。この点で
は次の管が接続されているため、モーメントは0であ
り、次の管が元押し装置により左右方向に拘束されてい
るので、変位も近似的に0と見なすと、回転支点となり
0 =0の境界条件を得る。従って、
[Equation 6] It can be expressed as. P 0 and y 0 are values of joints on the vertical shaft side of the buried pipe immediately after being buried in the ground. At this point, since the next pipe is connected, the moment is 0, and since the next pipe is constrained in the left-right direction by the former pushing device, when the displacement is also regarded as approximately 0, it becomes a rotation fulcrum y. The boundary condition of 0 = 0 is obtained. Therefore,

【数7】 と表される。[Equation 7] Is expressed as

【0071】ここで、これを一般式にするため (A−a11 (1) I)2 =a12 (1) 21 (1) I となる関係を利用する。Iは2×2の単位行列である。
この関係に値を入れ展開し整理すると
Here, in order to make this a general formula, the relationship of (A−a 11 (1) I) 2 = a 12 (1) a 21 (1) I is used. I is a 2 × 2 identity matrix.
Put values in this relationship and expand and organize

【数8】 となり、a11 (1) を単にaとすると、順次[Equation 8] Then, if a 11 (1) is simply a, then

【数9】 A2 =2aA−I …(1) A3 =(4a2 −1)A−2aI …(2) A4 =(8a3 −4a)A−(4a2 −1)I …(3) …などと計算できる。ここで、 An =γn A+δn I (n=1,2,3,…) とし、a21 (1) も単にbとすると、Kn Equation 9] A 2 = 2aA-I ... ( 1) A 3 = (4a 2 -1) A-2aI ... (2) A 4 = (8a 3 -4a) A- (4a 2 -1) I ... ( 3) Can be calculated as ... Here, if A n = γ n A + δ n I (n = 1,2,3, ...) And a 21 (1) is also simply b, K n is

【数10】 と表されることがわかる。ただし、γ1 =1,δ1
0。上の関係より式(4)のδn /γn の部分は
[Equation 10] It can be seen that However, γ 1 = 1 and δ 1 =
0. From the above relation, the δ n / γ n part of equation (4) is

【数11】 と、Aの要素の第1列の2要素のみを使った連分数で表
される。
[Equation 11] And a continuous fraction using only the two elements in the first column of the elements of A.

【0072】次に、Kn のnの増大に対する変化につい
て考察する。いま、
Next, the change in K n with respect to increase in n will be considered. Now

【数12】 である。また、Hn =HHn-1 を上と同様に要素計算
し、式(5)を参照すれば、 h21 (n) =−h12 (n) を得る。更に、|H|=1であるので |Hn |=|H||H|…|H|=1 である。以上の準備のもと、1−ωn /ωn+1 を計算す
ると
[Equation 12] Is. In addition, H n = HH n-1 is calculated in the same manner as above, and referring to the equation (5), h 21 (n) = −h 12 (n) is obtained. Further, since | H | = 1, | H n | = | H || H | ... | H | = 1. With the above preparations, when 1-ω n / ω n + 1 is calculated

【数13】 となる。(h12 (n) 2 は、aの絶対値が1より大きけ
れば明らかに単調増加となる。aの絶対値は管を剛体と
した場合、最小値2をとる。従って
[Equation 13] Becomes (H 12 (n) ) 2 obviously increases monotonically when the absolute value of a is larger than 1. The absolute value of a takes a minimum value of 2 when the pipe is a rigid body. Therefore

【数14】 とできる。(h12 (n) -2はnの増加に伴い、加速度的
に減少するので、この値が本モデルで位置に与える影響
を考慮すると、nはそう大きくなくてもよい。換言すれ
ば、弾性床上の梁モデルでの解析範囲はこの程度でよい
ことになり、境界条件を立坑鏡部にとる必要もないこと
になる。
[Equation 14] Can be Since (h 12 (n) ) −2 is reduced at an accelerating rate as n is increased, n does not have to be so large in consideration of the influence of this value on the position in this model. In other words, the analysis range of the beam model on the elastic floor should be within this range, and it is not necessary to set the boundary condition on the vertical mirror section.

【0073】次に、切断法によって前部推進筒とパイロ
ットヘッドを自由物体として取り出し、つりあい条件式
のみで解析するため、切断部の適合条件として、中折れ
部に作用させる等価な集中荷重とその変位の比Kと地盤
バネ値ks の比K/ks を求める。地盤反力係数の計算
は日本道路協会の道路橋示方書・同解説、IV下部構造
編に依ればよいが、地盤反力係数は載荷される部材の載
荷幅および断面2次モーメントにより変化し、更に、地
盤バネ値はこれに載荷幅を乗じたものである。従って、
管とトンネル掘進機各部の地盤バネ値はすべて異なる。
しかし、トンネル掘進機各部の断面2次モーメントはそ
の内部の複雑な機構から正確に評価しがたい。従って、
近似的に地盤バネ値は各部で同じとする。また、断面2
次モーメントの値は不明であるが、トンネル掘進機各部
の剛性は埋設管より明らかに大きいので掘進機本体は剛
体として取り扱う。中折れ部のせん断力をP、変位を
y、後部推進筒の長さをLr とすると、n管が地中に布
設されている状態で、後部推進筒を自由物体として取り
出したときの両端のせん断力と変位の関係は力の釣り合
いより
Next, since the front propulsion cylinder and the pilot head are taken out as a free object by the cutting method and analyzed only by the balance condition expression, the equivalent concentrated load applied to the middle bent portion and its The ratio K / k s between the displacement ratio K and the ground spring value k s is obtained. The calculation of the ground reaction force coefficient may be based on the Road Bridge Specification and Commentary of the Japan Road Association, the same as the IV substructure, but the ground reaction force coefficient changes depending on the loading width of the member to be loaded and the second moment of area. Furthermore, the ground spring value is obtained by multiplying this by the loading width. Therefore,
The ground spring values of the pipe and tunnel excavator are all different.
However, it is difficult to accurately evaluate the second moment of area of each part of the tunnel machine due to the complicated mechanism inside. Therefore,
Approximately the ground spring value is the same in each part. Also, cross section 2
Although the value of the secondary moment is unknown, the rigidity of each part of the tunnel machine is obviously higher than that of the buried pipe, so the machine body is treated as a rigid body. Assuming that the shearing force of the middle bent portion is P, the displacement is y, and the length of the rear propulsion cylinder is L r , both ends when the rear propulsion cylinder is taken out as a free object in a state where the n pipe is laid in the ground. The relationship between shear force and displacement of

【数15】 となる。この値は長さの次元を持っているので、便宜的
にK/ks =Leqと表しておく。以上で、各手順毎の姿
勢変化角を求める準備が整った。
[Equation 15] Becomes Since this value has a dimension of length, it is expressed as K / k s = L eq for convenience. Now the preparation for obtaining the posture change angle for each procedure is completed.

【0074】まず、図7に基づき仮定1によりLeqを用
いβ,fβを算出する。ヘッドを傾動したとき、ヘッド
と前部推進筒は図7のような地盤反力を受けるものとす
る。まず、力およびモーメントの釣り合い条件式よりf
h ,fβを求める。ヘッドと先導体前部の継ぎ目部分を
点Oとし、この点の変位を単位長さとすると、ヘッド先
端の変位は(1−fn )/fh 、中折れ部の変位はfβ
/(1−fβ)である。従って、中折れ部以前を自由物
体として取り出した時、中折れ部には後続管から受ける
等価な力Kfβ/(1−fβ)を作用させる。また、掘
進機が周辺地盤より受ける力は、変位した面積に地盤バ
ネ値ks を乗じた値である。以上を考慮し、力とモーメ
ントの釣り合い条件式の各項をks で除して整理する
と、以下のようになる。力の釣り合いより
First, β and f β are calculated using L eq according to Assumption 1 based on FIG. When the head is tilted, the head and the front propulsion cylinder receive the ground reaction force as shown in FIG. First, f is calculated from the balance condition equation of force and moment.
Find h and f β . When the joint between the head and the front part of the front conductor is a point O, and the displacement at this point is the unit length, the displacement at the head tip is (1-f n ) / f h , and the displacement at the middle bent portion is f β.
/ (1- ). Therefore, when taking out the center-folding unit previously as a free body, the center-folding unit exerts the equivalent force Kf β / (1-f β ) received from the succeeding tube. Further, the force received by the excavator from the surrounding ground is a value obtained by multiplying the displaced area by the ground spring value k s . In consideration of the above, each term of the force / moment balance conditional expression is divided by k s to be arranged as follows. Than balance of power

【数16】 となる。次に、ヘッド傾動時のみの姿勢変化角をξβ
すると、幾何学的関係から fh h (Δη−ξβ)=(1−fβ)Lf ξβ となるので、姿勢変化角ξβとヘッド角の変化Δηの比
βは、
[Equation 16] Becomes Next, letting ξ β be the attitude change angle only when the head is tilted, f h L h (Δη−ξ β ) = (1−f β ) L f ξ β is obtained from the geometrical relationship, so the attitude change angle is The ratio β of ξ β and head angle change Δη is

【数17】 と求まる。[Equation 17] Is asked.

【0075】次に、図8に基づき仮定2によりLeqを用
いfαを算出する。ヘッドを前方地山へ圧入した時、ヘ
ッド先端に地山からの反力が作用する。しかし、圧入式
の推進では前方の土を圧密しながら進むため、土を弾性
体として扱うことはできない。従って、以下のようにし
て近似的にfαを算出する。ヘッドを前方地山(地中)
に圧入した時、反動で前部推進筒が−αη−γだけ回転
すると前部推進筒およびヘッドが受ける地盤反力が図8
のようになり全体が静止するものとする。ここで、先導
体の回転角はヘッドの伸長量に比例するものと仮定す
る。また、 cos(αη+γ)=1 と近似している。
Next, based on FIG. 8, f α is calculated using L eq according to Assumption 2. When the head is pressed into the front ground, a reaction force from the ground acts on the tip of the head. However, in the press-fitting type propulsion, the soil in front of the soil is compacted, and the soil cannot be treated as an elastic body. Therefore, f α is approximately calculated as follows. Head in front of the ground (underground)
When the front propulsion cylinder rotates by -αη-γ due to the reaction when it is pressed into, the ground reaction force received by the front propulsion cylinder and the head is shown in FIG.
It becomes like this and the whole shall be stationary. Here, it is assumed that the rotation angle of the lead conductor is proportional to the extension amount of the head. Also, it is approximated as cos (αη + γ) = 1.

【0076】l=(1−fα)Lf とし、回転中心からの距離をr、角度をθとした極座標
を用い点Oでモーメントをとると
Let l = (1-f α ) L f, and take the moment at point O using polar coordinates with the distance from the center of rotation as r and the angle as θ.

【数18】 最後に、図9に基づき仮定3により元押し時のみの姿勢
変化角ξ3 を計算する。図9において、ΔOFC′とΔ
OH′Pは明らかに相似である。OH=x,OH′=y
とし、ΔOH′Pについて正弦定理から
[Equation 18] Finally, based on FIG. 9, the posture change angle ξ 3 only when the original push is performed is calculated according to Assumption 3. In FIG. 9, ΔOFC ′ and Δ
OH'P is clearly similar. OH = x, OH '= y
From the sine theorem for ΔOH′P,

【数19】 そして、1推進当りの姿勢変化角Δθf (k) は、各操作
毎の姿勢変化角の線形結合により、
[Formula 19] The attitude change angle Δθ f (k) per propulsion is obtained by linearly combining the attitude change angles for each operation.

【数20】 と計算できる。[Equation 20] Can be calculated.

【0077】次に、図7に基づき、中折れ部の基準線か
らの距離の変化 Δyck(=yc (k+1)−yc (K)) について計算する。
Next, based on FIG. 7, the change Δy ck (= y c (k + 1) −y c (K)) in the distance from the reference line of the middle bent portion is calculated.

【0078】その準備として仮定2のRの算出について
述べる。ここでは単純に1ストローク長Ls から推進管
長Lc を1管推進に要するストローク回数(原則的に
6)で割った値を引いたものとする。すなわち
As preparation for this, the calculation of R under Assumption 2 will be described. Here, the value obtained by simply dividing the one-stroke length L s by the propulsion pipe length L c by the number of strokes required for one-pipe propulsion (6 in principle) is subtracted. Ie

【数21】 で与える。[Equation 21] Give in.

【0079】次に、1ストローク当りの中折れ部の基準
線からの距離の変化Δyc (k) を求める。図10におい
て、kストローク時の中折れ部C0 がヘッド傾動により
1、ヘッド圧入によりC2 へ、元押し後にC3 へと移
動したとする。ただし、Oβ,Oαはそれぞれヘッド傾
動時の回転中心、ヘッド圧入時の反動による回転中心で
ある。kストローク時の前部推進筒と基準線とのなす角
をθf (k) とすると、
Next, the change Δy c (k) in the distance from the reference line of the middle bent portion per stroke is obtained. In FIG. 10, it is assumed that the middle bent portion C 0 at the time of k strokes moves to C 1 due to head tilt, to C 2 due to head press-fitting, and to C 3 after original pushing. However, O β and O α are respectively the center of rotation when the head is tilted and the center of rotation due to the reaction when the head is pressed. Let θ f (k) be the angle between the front propulsion cylinder and the reference line during k strokes.

【数22】 以上でkストローク時の先導体先端の基準線からの距離
y(k) は
[Equation 22] With the above, the distance y (k) from the reference line at the tip of the front conductor at the time of k stroke is

【数23】 と計算でき、ダイナミックモデルとなった。[Equation 23] And it became a dynamic model.

【0080】次に、制御系を構成するため、上記モデル
を状態空間表示とすると次のようになる。
Next, in order to configure a control system, the above model is displayed in a state space, as follows.

【0081】x(k+1)=Px(k) +qu(k) +e y(k) =cx(k) ただし、状態量xk X (k + 1) = Px (k) + qu (k) + ey (k) = cx (k) where the state quantity xk is

【数24】 また、出力方程式中のy(k) はヘッド先端の基準線から
の距離、cは、今、平面的なモデリングを示しているの
で、システムは1入出力となり、横ベクトル c=[1 Lf +Lh h ] である。
[Equation 24] In addition, y (k) in the output equation is the distance from the reference line of the head tip, and c shows the planar modeling now, so the system has 1 input / output and the lateral vector c = [1 L f + L h L h ].

【0082】図1に示した本システムの制御系ブロック
線図は、観測器を含むLQI制御系を構成したものであ
る。本システムは、状態方程式中にパラメータγによる
ベクトルeが含まれており、これを定常外乱と見なすと
制御系はサーボ系となる。従って、I動作を導入し、目
標値への応答に生じるオフセットを取り除く必要があ
る。このような制御系が構成可能であるための必要十分
条件は、美多勉、原辰次、近藤良共著、「基礎ディジタ
ル制御」コロナ社(1988)によれば、同書pp.101,式
(5.10)が成立することである。この式の成立は
The control system block diagram of this system shown in FIG. 1 constitutes an LQI control system including an observer. In the present system, the vector e by the parameter γ is included in the state equation, and if this is regarded as a steady disturbance, the control system becomes a servo system. Therefore, it is necessary to introduce the I operation and remove the offset that occurs in the response to the target value. According to Tsutomu Mita, Tatsuji Hara, and Ryo Kondo, "Basic Digital Control", Corona Publishing Co., Ltd. (1988), pp.101, eq. 5.10) is established. The establishment of this formula

【数25】 の成立と等価である。この式の成立は掘進機の長さとα
の値によるが、多くの施工データで検証した限り、常に
成立する。
[Equation 25] Is equivalent to the establishment of. This formula is satisfied by the length of the excavator and α
It depends on the value of, but as long as it is verified by many construction data, it always holds.

【0083】次にフィードバックゲインの算出方法につ
いて示す。以下の方法は、高橋安人著「ディジタル制
御」岩波出版(1985),pp.116〜pp.117を参考にした。
Next, the method of calculating the feedback gain will be described. The following method was based on "Digital control" by Yasuhito Takahashi, Iwanami Publishing (1985), pp.116-pp.117.

【0084】ここで、LQ制御について簡単に説明す
る。なお、以後式中のT は行列およびベクトルの転値を
表すものである。
Here, the LQ control will be briefly described. It should be noted that T in the following equations represents transposed values of matrices and vectors.

【0085】LQ制御は、あるシステムが次の状態方程
式と出力方程式で与えられているとき x(k+1)=Px(k) +qu(k) y(k) =cx(k)
LQ control is x (k + 1) = Px (k) + qu (k) y (k) = cx (k) when a system is given by the following state equation and output equation.

【数26】 を極小にするu(k) を求めるものである。式中のWx
wは負でない重み係数である。ここで y2 (k+1)=xT T cx だから Wx =cT c まず、リカチ式を解くことによって制御ゲインを決め
る。リカチ式は
[Equation 26] This is to find u (k) that minimizes. W x and w in the equation are non-negative weighting factors. Here y 2 (k + 1) = x T c T cx So W x = c T c first, determines the control gain by solving Rikachi expression. Rikachi type

【数27】H(k+1)=PT H(k) P−PT H(k) q
T (w+qT H(K))-1T H(k) P+Wx H(0) =Wx , k=0,1,2,… で表される。式中のHは、状態変数の数をnとすると、
n×n対称行列で、反復計算の進行につれ安定解へ収束
する。その定常解をHとすると最適ゲインベクトルGは G=(w+qT Hq)-1T HP となり、n次の横ベクトルである。最適制御u(k) はG
と状態ベクトルx(k) のスカラ積を用いて次のようにな
る。
(27) H (k + 1) = P T H (k) P−P T H (k) q
T (w + q T H ( K)) -1 q T H (k) P + W x H (0) = W x, k = 0,1,2, are represented by .... H in the formula is defined as follows, where n is the number of state variables.
An n × n symmetric matrix that converges to a stable solution as the iterative calculation progresses. Its steady-state solution of the optimal When H gain vector G is G = (w + q T Hq ) -1 q T HP next, n next horizontal vector. Optimal control u (k) is G
And the scalar product of the state vector x (k) is used as follows.

【0086】u(k) =−Gx(k) LQ制御にI動作を含ませるためには、入力u(k) の代
わりにその1刻み変化 d(k) =u(k) −u(k−1) を用いて、次の評価関数を定義する。
U (k) =-Gx (k) In order to include the I operation in the LQ control, the input u (k) is changed by one step d (k) = u (k) -u (k instead of the input u (k). −1) is used to define the following evaluation function.

【0087】[0087]

【数28】 ここで、状態ベクトルx(k) の1刻み差をs(k) とす
る。
[Equation 28] Here, the step difference of the state vector x (k) is s (k).

【0088】s(k) =x(k) −x(k−1) 出力y(k) と、このs(k) とを1つのベクトルにまとめ
て、それを新しい状態ベクトルと考える。この状態式は
次のように決定される。
S (k) = x (k) -x (k-1) The output y (k) and this s (k) are combined into one vector, which is considered as a new state vector. This state equation is determined as follows.

【0089】まず出力の1刻み差をとればFirst, if the output step difference is taken:

【数29】y(k+1)−y(k) =c(x(k+1)−x(K)) ここで右辺の()がY (k + 1) -y (k) = c (x (k + 1) -x (K)) Here () on the right side

【数30】 x(k+1)−x(k) =s(k+1) =P(x(k) −x(K−1))+qd(k) =Ps(k) +qd(k) …(16) であることに留意すると[Equation 30]       x (k + 1) -x (k) = s (k + 1)                       = P (x (k) -x (K-1)) + qd (k)                       = Ps (k) + qd (k) (16) If you keep in mind that

【数31】 y(k+1)−y(k) =cPs(k) +cqd(k) …(17) 式(16)と式(17)をまとめると所要の状態式が判明す
る。すなわち
[Mathematical formula-see original document] y (k + 1) -y (k) = cPs (k) + cqd (k) (17) The required state equation is found by summing equations (16) and (17). Ie

【数32】 [Equation 32]

【数33】 [Expression 33]

【数34】 をq1 とし、行列リカチ式に適用する。その際の重み行
列Wは、 (n+1)×(n+1) の大きさとなり、本システムでは
[Equation 34] Be q 1 and applied to the matrix Riccati equation. The weight matrix W at that time has a size of (n + 1) × (n + 1), and in this system,

【数35】 である。リカチ式を解いて決定される最適ゲインベクト
ルGは
[Equation 35] Is. The optimum gain vector G determined by solving the Riccati equation is

【数36】 となる。[Equation 36] Becomes

【0090】実際には、本システムに上記の方法を適用
する場合、計画線が直線であれば制御則は上記のままで
よいが、曲線や、途中で勾配が変化する場合には、目標
値との誤差をゲインベクトルに乗じる。
In practice, when the above method is applied to this system, the control law may be the same as above if the planning line is a straight line, but if the curve or the slope changes, the target value Multiply the gain vector by the error between and.

【0091】以上の方法は、モデリングから制御則まで
を平面的に示した。モデリングの方法の前段に記したよ
うに、ヘッド角を絶対水平、鉛直座標系に変換すれば、
水平、垂直とも同様のモデルおよび制御則が適用でき
る。無理に1つにしても各行列が大きくなるだけで、メ
リットは少ない。
The above method shows the modeling to the control law in a plane. As described in the previous section of the modeling method, if you convert the head angle to an absolute horizontal and vertical coordinate system,
The same model and control law can be applied to both horizontal and vertical directions. Even if one is forced, each matrix will only be large, and there is little merit.

【0092】また、γは、地盤特性の上下、または左右
の差を表すパラメータであると考えられる。なぜなら、
ヘッド角を真っ直ぐに、すなわち0に固定しても、γが
0でないなら、姿勢角が変化するからである。実施工デ
ータでは、姿勢角を測定できる垂直方向でこういった現
象が確認できる。単に重力方向に落ちていくだけではな
く、上昇することもある。観測器の構成方法の部分で述
べるが、通常、水平方向は内部パラメータを推定するた
め使用する観測値が得られるのは、6ストロークに1回
の位置データのみであり、姿勢角は測定する手段が確立
されていない。すなわち、垂直方向に比べて著しく少な
い観測値で内部パラメータを推定することになるので、
内部パラメータは少ない方がよい。水平方向の地盤の左
右の差は、垂直方向に比較して少ないと考えられる。水
平方向において、計画線が直線なら、γを0として、L
Q制御を適用してもよい。
Further, γ is considered to be a parameter indicating the difference between the top and bottom or the left and right of the ground characteristics. Because
This is because even if the head angle is fixed straight, that is, fixed to 0, if γ is not 0, the posture angle changes. In the actual work data, these phenomena can be confirmed in the vertical direction where the posture angle can be measured. It may not only fall in the direction of gravity, but may also rise. As will be described in the method of constructing an observer, in the horizontal direction, observation values used for estimating internal parameters can be obtained only from position data once every 6 strokes, and the attitude angle can be measured by a means for measuring. Is not established. That is, since the internal parameters are estimated with observation values that are significantly smaller than in the vertical direction,
The less internal parameters the better. It is considered that the difference between the left and right of the ground in the horizontal direction is smaller than that in the vertical direction. If the planning line is a straight line in the horizontal direction, set γ to 0 and set L
Q control may be applied.

【0093】次に、制御則に基づいて算出された次回ヘ
ッド角を実際に入力する場合の処理方法について説明す
る。
Next, a processing method for actually inputting the next head angle calculated based on the control law will be described.

【0094】前記の制御則で算出した次回ヘッド角は、
絶対座標系での値であり、掘進機を操作する場合には、
ローリングを補正し、掘進機の座標系に変換する必要が
ある。また、トンネル掘進機の機構的制約から、入力値
であるヘッド角には上下左右の最大値に制限がある。ロ
ーリングがある場合、単に制限値を越えた部分を切り捨
てるだけでは、直交する方向へ影響が及び、良い制御が
できない。できるだけ影響がないようにするには、以下
のような処理をする。
The next head angle calculated by the above control law is
It is a value in the absolute coordinate system, and when operating a machine,
Rolling needs to be corrected and converted to the machine coordinate system. In addition, due to the mechanical restrictions of the tunnel machine, there is a limit to the maximum vertical and horizontal values of the head angle as an input value. When there is rolling, simply cutting off the portion exceeding the limit value affects the orthogonal direction, and good control cannot be performed. In order to minimize the impact, perform the following process.

【0095】絶対座標系のヘッド角の水平、垂直それぞ
れの値をηH ,ηV 、掘進機座標系のヘッド角の水平、
垂直それぞれの値をhH ,hV 、ロール角をφ、入力制
限値をLmtとする。制御則で算出したヘッド角を掘進
機の座標へ変換するには、 hH =ηH cos φ−ηV sin φ hV =ηH sin φ+ηV cos φ とする。ここで、hH ,hV の両者とも制限値内であれ
ば、そのまま入力する。hH ,hV の両者とも制限値を
越えていれば、両者とも制限値とする。一方のみが越え
ている場合は、処理が必要となる。今、hH のみが制限
値を越えているとする。hH は、制限値でよい。この
時、本来入力されなければならないローリングによって
生じる掘進機座標系の水平方向ヘッド角の絶対座標系の
鉛直成分までもが切り捨てられることになる。従って、
この成分をhV に加える。Δを切り捨てられる分とする
と、制御則により算出したηV は、
The horizontal and vertical values of the head angle of the absolute coordinate system are η H and η V , respectively, and the horizontal of the head angle of the excavator coordinate system is
The vertical values are h H and h V , the roll angle is φ, and the input limit value is Lmt. To convert the head angle calculated by the control law to the coordinates of the excavator is a h H = η H cos φ- η V sin φ h V = η H sin φ + η V cos φ. If both h H and h V are within the limit values, they are input as they are. If both h H and h V exceed the limit value, both are set to the limit values. If only one is exceeded, processing is required. Now, it is assumed that only h H exceeds the limit value. h H may be a limit value. At this time, even the vertical component of the absolute coordinate system of the horizontal head angle of the excavator coordinate system, which is caused by the rolling that should be originally input, is also truncated. Therefore,
Add this component to h V. Assuming that Δ is rounded down, η V calculated by the control law is

【数37】 ηV =−(Lmt+Δ)sin φ+hV cos φ =−lmtsin φ+(hV −Δtan φ)cos φ であるので、補正済みの掘進機座標系の垂直方向のヘッ
ド角をhV ′とすると、 hV ′=hV −Δtan φ とする。もし、これが制限値を越えるなら、制限値とす
る。また、hV のみが制限値を越える場合は、hV は制
限値、制御則により算出したηH は、 ηH =hH cos φ+(Lmt+Δ)sin φ =(hH +Δtan φ)cos φ+hV sin φ であるので、補正済みの掘進機座標系の垂直方向のヘッ
ド角をhH ′とすると、 hH ′=hH +Δtan φ とする。もし、これが制限値を越えるなら、制限値とす
る。
Η V = − (Lmt + Δ) sin φ + h V cos φ = −lmt sin φ + (h V −Δtan φ) cos φ Since the corrected head angle in the vertical direction of the excavator coordinate system is h V ′ Then, h V ′ = h V −Δtan φ. If this exceeds the limit value, the limit value is set. When only h V exceeds the limit value, h V is the limit value, and η H calculated by the control law is η H = h H cos φ + (Lmt + Δ) sin φ = (h H + Δtan φ) cos φ + h V Since sin φ, it is assumed that h H ′ = h H + Δtan φ when the corrected head angle in the vertical direction of the machine coordinate system is h H ′. If this exceeds the limit value, the limit value is set.

【0096】次に、状態量の推定と同時に、ヘッド圧入
時の地盤の反動パラメータを計測値から推定する方法に
ついて説明する。
Next, a method for estimating the recoil parameter of the ground when the head is press-fitted from the measured value simultaneously with the estimation of the state quantity will be described.

【0097】状態量およびモデル中に残ったパラメータ
α,γの推定法および同定法には種々あるが、 (1)現場計測値は、非常にばらつきが多く、(2)
部パラメータは、切羽の土質変化に応じて変動するもの
と考えられ、逐次的に更新する必要があり、(3)地盤
への圧入時における掘進機の挙動は、ヘッド先端に形成
される土くさびとその周面および土くさびとヘッドの動
摩擦係数のバランスといった、多分に確率的変動を含む
量に支配されると考えられるといった理由から確率論を
基本においた方法が有効であると考えられるため、観測
器には、カルマンフィルタを用いる。
[0097] state variable and parameter remaining in the model alpha, although the estimation and identification of γ are various, (1) the field measurements, so many variations, in (2)
The part parameters are considered to fluctuate according to the soil quality change of the face, and it is necessary to update them sequentially. (3) The behavior of the excavator at the time of press-fitting into the ground depends on the soil wedge formed at the tip of the head. It is considered that the method based on probability theory is effective for the reason that it is probably controlled by an amount including stochastic fluctuation, such as the balance of the dynamic friction coefficient of the head and the circumferential surface and the soil wedge, and the like. A Kalman filter is used for the observer.

【0098】これ以降は、計測値が垂直、水平で異なる
ため、3次元モデルで示す。カルマンフィルタの適用に
先立ち、モデルを状態空間表示式に表わす。
Since the measured values are different vertically and horizontally after this, the three-dimensional model is used. Prior to applying the Kalman filter, the model is expressed in a state space expression.

【0099】再度記すが、取得できる計測値および取得
間隔は、垂直方向では、1ストローク毎の傾斜計による
姿勢角、液圧差法による相対深度、水平方向では電磁法
による管1本布設(6ストローク)毎の水平位置のみで
ある。
Again, the measurement values and the acquisition intervals that can be acquired are: the attitude angle by the inclinometer for each stroke in the vertical direction, the relative depth by the hydraulic pressure difference method, and the horizontal direction by the electromagnetic method, one pipe is installed (6 strokes). ) For each horizontal position only.

【0100】制御用ダイナミックモデルの状態量の内、
ヘッド角はオペレータにより、操作できる入力値でもあ
るため、観測器で推定する必要はない。また先に述べた
ように、計測値の取得が少ない水平方向では、内部パラ
メータを増やすのは危険がある。事前に水平方向のみで
多数の実施工データで検証した結果、α単独でも充分な
精度が担保でき、しかもそのストロークの伸びに対する
変動も非常に小さいことを確認している。従って、今は
水平方向のγは0としておく。また、αは、垂直水平同
一の値を使用することも可能である。
Of the state quantities of the control dynamic model,
Since the head angle is also an input value that can be manipulated by the operator, it need not be estimated by the observer. In addition, as mentioned earlier, in the horizontal direction where there are few acquisitions of measured values, internal parameters are
It is dangerous to add more meters . As a result of preliminary verification using a large number of actual work data in the horizontal direction only, it has been confirmed that α alone can ensure sufficient accuracy and that the variation with respect to the elongation of the stroke is very small. Therefore, γ in the horizontal direction is set to 0 for now. Further, it is possible to use the same vertical and horizontal values for α.

【0101】上記方針のもと、状態量にはycH,θfH
αH cV,θfV,αV ,γV をとる。添字H は水平、V
は垂直(鉛直)を示す。それぞれに確率的変動をw(k)
程度与えると状態方程式は確定入力ベクトルを含み、次
のように表される。
[0101] Under the above-mentioned policy, it is to state the amount y cH, θ fH,
α H y cV, θ fV, α V, take a γ V. Subscript H is horizontal, V
Indicates vertical (vertical). W (k) for each stochastic variation
Given the degree, the equation of state includes a definite input vector and is expressed as follows.

【0102】[0102]

【数38】 xkf(k+1)=F(k) xkf(k) +u(k) +w(k) ただし、状態量xkf(k) はX kf (k + 1) = F (k) x kf (k) + u (k) + w (k) where the state quantity x kf (k) is

【数39】 [Formula 39]

【数40】 システム雑音ベクトルw(k) は[Formula 40] The system noise vector w (k) is

【数41】 w(k) =[wycH (k) wθfH(k) wαH (k) wycV (k) wθfV(k) wαV (k) wγ(k) ]T である。次に観測方程式は y(k) =Hxkf(k) +v(k) ただし、観測値ベクトルy(k) は、電磁法での水平位置
測定値をmag(k) 、傾斜計での垂直姿勢角をinc
(k) 、液圧差法での相対深度をsil(k) とし、水平方
向のkストローク時点での目標位置の基準線からの距離
をydH(k) 、目標とする姿勢角をθdH(k) とすると
[The number 41 is a w (k) = [w ycH (k) w θfH (k) w αH (k) w ycV (k) w θfV (k) w αV (k) w γ (k)] T. Next, the observation equation is y (k) = Hx kf (k) + v (k) where the observation value vector y (k) is the horizontal position measurement value by the electromagnetic method mag (k), and the vertical attitude by the inclinometer. Inc
(k), the relative depth by the hydraulic pressure difference method is sil (k), the distance from the reference line of the target position at the time of the horizontal k stroke is y dH (k), and the target attitude angle is θ dH ( k)

【数42】 である。ただし、Ld は中折れ部から圧力センサまでの
距離である。
[Equation 42] Is. However, L d is the distance from the middle bent portion to the pressure sensor.

【0103】西山清著、中野道雄監修、パソコンで解く
カルマンフィルタ(1993)、丸善、pp.43 を参考に上記
状態方程式と観測方程式に外部入力を含むカルマンフィ
ルタを適用すれば、システム状態量ycH,θfH,ycV
θfVとともにαH ,αV ,γV が推定できる。
Applying a Kalman filter including external input to the above equation of state and observation equation by referring to Kiyoshi Nishiyama, supervised by Michio Nakano, Kalman filter solved by personal computer (1993), Maruzen, pp.43, the system state quantity y cH , θ fH , y cV ,
It is possible to estimate α H , α V , and γ V together with θ fV .

【0104】以下、その手順を簡単に記す。まず、フィ
ルタリング問題を解くに当たって、前記、状態方程式と
観測方程式中の、システム雑音w(k) 、観測雑音v(k)
およびxkf(0) のガウス性を仮定する。更に、次のよう
に仮定する。
The procedure will be briefly described below. First, in solving the filtering problem, the system noise w (k) and the observation noise v (k) in the state equation and the observation equation are described.
And Gaussianity of x kf (0) is assumed. Furthermore, assume the following.

【0105】[0105]

【数43】 [Equation 43]

【数44】 まず推定ステップを計算する。y(0) が観測されたと
き、確率変数ベクトルxkf(0) の最小分散推定量は
[Equation 44] First, the estimation step is calculated. When y (0) is observed, the minimum variance estimator of the random variable vector x kf (0) is

【数45】 次に、予測ステップを計算する。y0 が与えられたと
き、x1 は次のような平均値ベクトルと共分散行列をも
つガウス性の確率変数ベクトルとして予測される。
[Equation 45] Next, the prediction step is calculated. Given y 0 , x 1 is predicted as a Gaussian random variable vector with the following mean value vector and covariance matrix.

【0106】[0106]

【数46】 次に、y(1) が観測された時、上記の推定および予測ス
テップを、時刻を更新して同様に計算する。これを順次
繰り返すことにより、順次最適状態推定量が計算でき
る。
[Equation 46] Then, when y (1) is observed, the above estimation and prediction steps are similarly calculated by updating the time. By repeating this sequentially, the optimum state estimation amount can be calculated sequentially.

【0107】推定した状態量は、順次LQI制御工程に
送り込み、次回操作量を決定する。
The estimated state quantity is sequentially sent to the LQI control process to determine the next manipulated variable.

【0108】次に計算例を示す。計画線が水平、垂直と
も直線であり、掘進機の状態が、水平方向は、進行方向
に向かって左向きを正とし、トンネル掘進機の先端が計
画線から+30cm離れており、姿勢角は+1.5度、ヘ
ッド角は−1.0度、垂直方向は、鉛直上向きを正と
し、掘進機の先端が計画線から+20cm離れており、姿
勢角は+1.0度、ヘッド角は−1.5度となっている
ものとする。この状態から掘進機を計画線に沿わすよう
に方向制御をかける。
Next, a calculation example will be shown. The plan line is horizontal and vertical, the state of the excavator is horizontal, the left side is positive toward the traveling direction, the tip of the tunnel excavator is +30 cm away from the plan line, and the attitude angle is +1. 5 degrees, head angle is -1.0 degrees, vertical direction is positive vertically upward, the tip of the excavator is +20 cm away from the planned line, posture angle is +1.0 degrees, and head angle is -1.5. It is assumed that it is a degree. From this state, direction control is applied so that the excavator follows the planned line.

【0109】計算例の施工条件は以下のとおりである。
トンネル掘進機各部のパイロットヘッド長は45cm、前
部推進筒の長さは150.7cm、後部推進筒の長さは1
53.0cm、圧力センサの取り付け位置は中折れ部から
109.0cm、1ストローク長は45cmであり、埋設管
は呼び径300の鋼管で、長さは250cm、外径は3
2.85cm、断面二次モーメントは8,200cm4 、弾
性係数は2.1×106cm4 である。土質は、関東ロー
ムでN値が9であり、この条件で地盤バネ値を道路橋示
方書IV下部構造編の方法に基づき計算すると、14
3.8kgf/cm2 である。また、Leqは後続管数が2本で
45.4cmとなり、以降、後続管数の増大によるこの値
の変化は加速度的に小さくなり、実用上この程度の桁で
充分である。このことは、Leqを用いて算出するβ,f
β,fαが、定数として算出できることを示しており、
大幅な計算時間の短縮が図れる。各パラメータを算出す
ると表1のようになる。
The construction conditions of the calculation example are as follows.
The length of the pilot head of each part of the tunnel machine is 45 cm, the length of the front propulsion cylinder is 150.7 cm, and the length of the rear propulsion cylinder is 1
53.0 cm, the pressure sensor mounting position is 109.0 cm from the center bend, and the stroke length is 45 cm. The buried pipe is a steel pipe with a nominal diameter of 300, the length is 250 cm, and the outer diameter is 3 cm.
2.85Cm, the second moment is 8,200cm 4, the elastic coefficient is 2.1 × 10 6 cm 4. The soil quality is Kanto Loam with an N value of 9. Under this condition, the ground spring value is calculated based on the method of Road Bridge Specification IV Substructure, and it is 14
It is 3.8 kgf / cm 2 . Further, L eq is 45.4 cm when the number of subsequent tubes is two, and thereafter, the change in this value due to the increase in the number of subsequent tubes is reduced at an accelerating rate, and this order of magnitude is sufficient for practical use. This means that β, f calculated using L eq
It shows that β and f α can be calculated as constants,
The calculation time can be greatly reduced. Table 1 shows the calculation of each parameter.

【0110】[0110]

【表1】 観測できる値は、水平位置、相対深度、垂直姿勢角であ
り、ダイナミックモデルが出力する値に水平位置には平
均値0、標準偏差2.0cmの正規乱数を、相対深度には
平均値0、標準偏差1.0cmの正規乱数を、垂直姿勢角
には平均値0、標準偏差0.05度の正規乱数をそれぞ
れ加え、この値をもとに、観測器で状態量および内部パ
ラメータを推定する。
[Table 1] The observable values are horizontal position, relative depth, and vertical attitude angle. The values output by the dynamic model are 0 for the horizontal position and a normal random number with a standard deviation of 2.0 cm, and 0 for the relative depth. the normal random number of standard deviations 1.0 cm, addition average value of 0 to the vertical attitude angle, the normal random number of standard deviations 0.05 degrees, respectively, on the basis of this value, the state amount and internal power in the observer
Estimate the parameters .

【0111】以上の条件のもと、カルマンフィルタ適用
に際して、内部パラメータの初期値は、αH =0.1
2,αV =0.12,γV =0.00とし、水平、垂直
位置は+0.1cm、角度は+0.1の誤差を与え、状態
量の推定誤差共分散行列の初期値Σ(0) は
Under the above conditions, when applying the Kalman filter, the initial values of the internal parameters are α H = 0.1
2, α V = 0.12, γ V = 0.00, horizontal and vertical positions are +0.1 cm, angles are +0.1, and the initial value Σ (0 ) Is

【数47】を与えた。The following is given.

【0112】水平位置の制御およびパラメータ推定結果
を図11(a)〜(c)に、垂直位置の制御およびパラ
メータ推定結果を図12(a),(b)および図13
(a),(b)に示す。
The horizontal position control and parameter estimation results are shown in FIGS. 11A to 11C, and the vertical position control and parameter estimation results are shown in FIGS. 12A, 12B and 13.
Shown in (a) and (b).

【0113】本発明のトンネル掘進機の自動方向制御方
法は、圧入式小口径管推進工法におけるトンネル掘進機
の挙動を弾性床上の梁モデルを使って3次元的にモデリ
ングし、このダイナミックモデルをもとに制御系を構成
し、観測器としてカルマンフィルタを用い、雑音にまみ
れた計測値から状態量を最適推定すると同時に、逐次、
掘進機先端の地盤の特性を示すパラメータを推定してお
り、その都度、地盤条件に応じたフィードバックゲイン
を求めることが可能であり、しかも、本発明のように
部パラメータを選んでダイナミックモデルを構成すれ
ば、そのストロークの伸びに対するパラメータの変動が
小さく、求めたフィードバックゲインがほぼ最適となる
ことを特徴とする。
The automatic direction control method for a tunnel machine according to the present invention three-dimensionally models the behavior of the tunnel machine in the press-fitting small-diameter pipe propulsion method using a beam model on an elastic floor. , And a Kalman filter is used as an observer to optimally estimate the state quantity from the measurement value covered with noise, and at the same time,
The parameter indicating the characteristics of the ground at the tip of the excavator is estimated, and the feedback gain according to the ground condition can be obtained each time, and moreover, as in the present invention ,
It is characterized in that if a dynamic model is constructed by selecting a partial parameter, the variation of the parameter with respect to the extension of the stroke is small, and the obtained feedback gain is almost optimal.

【0114】本発明は、トンネル掘進機のダイナミック
モデルが物理的意味を保持しているため、制御系の構成
が比較的容易である点、内部パラメータを同定する区間
が不要である点、また計測値が得られる度に逐次的に
部パラメータを更新し、そのパラメータに応じたほぼ最
適フィードバックゲインを計算できるため、周辺地盤の
変化に即応できる点、フィルタリングにより、雑音にま
みれた計測値から最適状態推定量を見積もり、それを基
にフィードバック制御を行う点が従来技術と異なる。
In the present invention, since the dynamic model of the tunnel excavator retains the physical meaning, the configuration of the control system is relatively easy, the section for identifying the internal parameters is unnecessary, and the measurement is performed. Each time a value is obtained ,
Partial parameters can be updated and almost optimal feedback gain according to the parameters can be calculated. Therefore, it is possible to quickly respond to changes in the surrounding ground.By filtering, the optimal state estimator is estimated from the measured values covered by noise, and based on that, It differs from the prior art in that feedback control is performed.

【0115】更に、本発明の自動方向制御方法では、力
学的見地から解析的に算出した3次元ダイナミックモデ
ルをもとに制御系を構成しており、観測器としてカルマ
ンフィルタを用い、雑音にまみれた計測値から状態量を
最適推定すると同時に、逐次、掘進機先端の地盤の特性
を示すパラメータを推定しているため、その都度、地盤
条件に応じたフィードバックゲインを逐次求めることが
できる。
Further, in the automatic direction control method of the present invention, the control system is constructed based on the three-dimensional dynamic model analytically calculated from the mechanical point of view, and the Kalman filter is used as the observer and is covered with noise. Since the state quantity is optimally estimated from the measured value and at the same time, the parameter indicating the characteristics of the ground at the tip of the excavator is successively estimated, the feedback gain corresponding to the ground condition can be sequentially obtained each time.

【0116】そして、本発明のモデリング方法にしたが
えば、上記地盤の内部パラメータの変動は非常に小さ
く、上記のフィードバックゲインにより次回操作量を決
定すると、ほぼ最適な制御が可能となる。更に、トンネ
ル掘進機の機構的な制限により、制御を行う上での操作
量であるパイロットヘッド角の値が制限を受け、ローリ
ング時には、何らかの補正が必要となるが、本発明では
この点も明らかとしている。
According to the modeling method of the present invention, the fluctuation of the internal parameters of the ground is very small, and when the next manipulated variable is determined by the feedback gain, almost optimum control becomes possible. Further, due to the mechanical limitation of the tunnel excavator, the value of the pilot head angle, which is an operation amount for performing control, is limited, and some correction is required during rolling, which is also clear in the present invention. I am trying.

【0117】従って、ピッチング、ヨーイングの同時自
動方向制御が可能となり、地盤特性の変化への即応性が
高く、オペレータのパイロットヘッドの操作量と位置、
姿勢の関係が明確となり、良い制御が行える。さらに、
本発明の自動方向制御方法の適用により、実際的なトン
ネル掘進機用のオペレータ養成訓練用シミュレータを構
成することができる。
Therefore, simultaneous automatic pitching and yawing direction control is possible, high responsiveness to changes in ground characteristics is achieved, and the operation amount and position of the pilot head of the operator are
The relationship between postures becomes clear and good control can be performed. further,
By applying the automatic direction control method of the present invention, it is possible to construct a practical operator training simulator for a tunnel machine.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイナミックモデルは各操作毎の姿勢角の変化を求め、
これらを線形結合して1ストローク当りの姿勢変化角を
求める第1過程、任意ストローク経過後のトンネル掘進
機の姿勢角を求め、これを用いて各操作段階の姿勢角の
変化により各操作段階終了毎の基準線からの距離の変化
を求めて線形結合し、次の1ストローク経過後の中折れ
部の基準線からの変化距離を求める第2過程、中折れ部
の基準線からの距離、姿勢角、パイロットヘッド角およ
びトンネル掘進機各部の長さとから位置を算出する第3
過程を有し、これをもとに制御系を構成することによ
り、従来法ではできなかった物理的意味を持った3次元
ダイナミックモデルで地盤の変化に即応できるトンネル
掘進機を計画線に精度よく追従させる自動方向制御が可
能となる。
As described above, according to the present invention,
The dynamic model calculates the change in posture angle for each operation,
The first process of linearly combining these to determine the attitude change angle per stroke, the attitude angle of the tunnel excavator after an arbitrary stroke has elapsed, and using this, each operation step ends due to the change of the attitude angle at each operation step The second process to find the change in distance from the reference line for each stroke and perform linear combination to find the change distance from the reference line for the middle bent portion after the next stroke, the distance from the reference line for the middle bent portion, and the posture Position to be calculated from angle, pilot head angle, and length of each part of tunnel machine
By constructing a control system based on this process, a tunnel machine that can immediately respond to changes in the ground with a three-dimensional dynamic model with a physical meaning, which was not possible with the conventional method, can be accurately adjusted to the planned line. It is possible to control the direction automatically.

【0119】さらに、本発明によればオペレータ養成訓
練用シミュレータを構成することも容易に可能となる。
Further, according to the present invention, it is possible to easily configure an operator training training simulator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るトンネル掘進機の自
動方向制御方法を実施する制御系の構成を示すブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system that implements an automatic direction control method for a tunnel machine according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す制御系を用いた本発明の手順を示す
フローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of the present invention using the control system shown in FIG.

【図3】図1の実施形態に使用されるトンネル掘進機の
構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a tunnel machine used in the embodiment of FIG.

【図4】図3に示すトンネル掘進機本体と本発明が利用
する水平位置計測法である電磁法を説明するための斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view for explaining the tunnel machine main body shown in FIG. 3 and an electromagnetic method which is a horizontal position measuring method used in the present invention.

【図5】本発明の自動方向制御方法で利用する垂直位置
および姿勢角を計測する装置を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an apparatus for measuring a vertical position and an attitude angle used in the automatic direction control method of the present invention.

【図6】図3に示すトンネル掘進機の方向修正方法を説
明するための図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for correcting the direction of the tunnel machine shown in FIG.

【図7】パイロットヘッド傾動時のトンネル掘進機に作
用する力と変位を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a force and a displacement acting on the tunnel machine when the pilot head is tilted.

【図8】パイロットヘッド圧入時のトンネル掘進機に作
用する力と変位を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a force and a displacement acting on the tunnel machine when the pilot head is press-fitted.

【図9】元押しによる全体推進時のトンネル掘進機の変
位を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the displacement of the tunnel excavator during the entire propulsion due to the original push.

【図10】トンネル掘進機の中折れ部の方向修正操作毎
の変位を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the displacement of the middle bending part of the tunnel machine for each direction correction operation.

【図11】同図(a),(b),(c)はそれぞれ本発
明の数値実験における水平位置偏差の計測値と推定結
果、水平角度偏差の推定結果、内部パラメータαH の逐
次推定結果を示す図である。
11 (a), (b) and (c) show the measured value and estimation result of the horizontal position deviation, the estimation result of the horizontal angle deviation and the successive estimation result of the internal parameter αH in the numerical experiment of the present invention, respectively. FIG.

【図12】同図(a),(b)はそれぞれ本発明の数値
実験における垂直位置偏差の計測値と推定結果、垂直角
度偏差の推定結果を示す図である。
12 (a) and 12 (b) are diagrams respectively showing a measurement value and an estimation result of a vertical position deviation and an estimation result of a vertical angle deviation in a numerical experiment of the present invention.

【図13】同図(a),(b)はそれぞれ本発明の数値
実験における内部パラメータαVの逐次推定結果、内部
パラメータγV の逐次推定結果を示す図である。
[13] FIG. (A), (b) sequential estimation result of the internal parameters αV in a numerical experiment of the present invention, respectively, the internal
It is a figure which shows the successive estimation result of parameter ( gamma) V.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 トンネル掘進機 12 観測器 15,16 加算器 31 トンネル掘進機本体 32 埋設管 33 元押し装置 34 油圧装置 38 発進立坑 401 パイロットヘッド 402 前部推進筒 403 後部推進筒 404 中折れ機構 601R 右部方向修正ジャッキ 601L 左部方向修正ジャッキ 602 パイロットジャッキ 11 tunnel machine 12 Observer 15 and 16 Adder 31 Tunnel machine main body 32 buried pipe 33 Original pushing device 34 Hydraulic system 38 Start shaft 401 pilot head 402 Front propulsion cylinder 403 Rear propulsion tube 404 Center folding mechanism 601R Right direction correction jack 601L Left direction correction jack 602 pilot jack

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−131671(JP,A) 特開 平8−86190(JP,A) 特許2552164(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/093 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-131671 (JP, A) JP-A-8-86190 (JP, A) Patent 2552164 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) E21D 9/093

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 修正方向へパイロットヘッドを傾動させ
る第1の操作、土中に推進方向の空間をつくるため、パ
イロットジャッキの伸長によってパイロットヘッドを圧
入する第2の操作、パイロットジャッキを縮めながら、
発進立坑内の元押しジャッキによりトンネル掘進機およ
び該トンネル掘進機に後続された埋設管全体を推進させ
る第3の操作の3つの操作により方向制御を行って1ス
トロークの推進を完了し、中折れ部を介して前部推進筒
と後部推進筒とが接続される圧入式トンネル掘進機の自
動方向制御方法であって、 地中のトンネル掘進機および後続する埋設管を弾性床上
の梁としてモデル化し、パイロットヘッド圧入時の反動
による回転角を当該パイロットヘッドの傾動角の一次関
数と仮定し、その内部パラメータ以外のモデルパラメー
タはすべて解析的に決定し得る、パイロットヘッド角の
操作量を入力とし、パイロットヘッドの先端位置を出力
とするダイナミックモデルを用い、 前記ダイナミックモデルは、 設定したパイロットヘッド角の大きさおよび前回から変
化させた角度をもとに、前記各操作毎の姿勢角の変化を
求め、これらを線形結合して1ストローク当りの姿勢変
化角を求める第1過程と、 計測値に基づく姿勢角の初期値と前記第1過程によって
求めるストローク毎の姿勢変化角を累積することにより
任意ストローク経過後のトンネル掘進機の姿勢角を求
め、これを用いて掘進機各部の長さおよび前記第1過程
により算出する今回の各操作段階の姿勢角の変化によ
り、各操作段階終了毎の基準線からの距離の変化を求
め、これらの値を線形結合して、次の1ストローク経過
後のトンネル掘進機の中折れ部の基準線からの変化距離
を求める第2過程と、 前記第2過程によって求めるストローク毎の中折れ部の
基準線からの距離の変化の累積とこの距離の初期値から
求まる中折れ部の基準線からの距離と、前記第2過程で
求めたトンネル掘進機の姿勢角と、パイロットヘッド角
およびトンネル掘進機各部の長さとから位置を算出する
第3過程とを有し、前記第1過程におけるパイロットヘッド圧入操作時の反
動によるトンネル掘進機の姿勢変化角をξ 2 とし、パイ
ロットヘッド角をηとして、該姿勢変化角ξ 2 を当該時
刻のパイロットヘッド角ηの線形関数ξ 2 として次式の
ように ξ 2 =−(αη+γ) と仮定し、地上からの他の水平位置計測値、垂直位置お
よび姿勢角計測値により垂直、水平各々のαおよびγを
推定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成する ことを特徴とするトンネル掘進機
の自動方向制御方法。
1. The tilting of the pilot head in the correction direction
The first operation to make a space in the soil in the direction of propulsion
Pressing the pilot head by extending the ilot jack
The second operation to enter, while shrinking the pilot jack,
A tunnel excavator and
And the entire buried pipe following the tunnel machine
Direction control is performed by three operations of the third operation
Completed the trolley propulsion and the front propulsion barrel through the middle fold
Of the press-fitting tunnel excavator in which the
A moving direction control method, Underground tunnel excavator and subsequent buried pipe on elastic floor
Modeled as a beam, and recoil when the pilot head is press-fitted
The rotation angle due to
Model parameter other than its internal parameters.
Of the pilot head angle can be determined analytically
Input the manipulated variable and output the tip position of the pilot head
Using a dynamic model The dynamic model is Set the pilot head angle and change it from the previous time.
Based on the converted angle, change the posture angle for each operation.
Then, linearly combine these and change the posture per stroke.
The first step to find the conversion angle, The initial value of the attitude angle based on the measured value and the first process
By accumulating the posture change angle for each desired stroke
Obtain the attitude angle of the tunnel machine after an arbitrary stroke
Therefore, using this, the length of each part of the excavator and the first step
Based on the change in the posture angle at each operation step calculated by
Change the distance from the reference line after each operation step.
Therefore, by linearly combining these values, the next stroke
Change distance from the reference line of the middle part of the rear tunnel machine
The second process of seeking Of the middle bent portion for each stroke determined by the second process
From the cumulative change in distance from the reference line and the initial value of this distance
The distance from the reference line of the middle fold that is obtained, and in the second process
Attitude angle of tunnel machine and pilot head angle
And the position is calculated from the length of each part of the tunnel machine
And a third step,Reaction during pilot head press-fitting operation in the first process
The angle of change of posture of the tunnel machine due to motion is ξ 2 And then pie
With the lot head angle being η, the posture change angle ξ 2 At that time
Linear function of the pilot head angle η 2 As
like ξ 2 =-(Αη + γ) Other horizontal position measurement values from the ground, vertical position and
And the attitude angle measurement value
Estimate the dynamic model of the tunnel machine
And configure the control system Tunnel excavator characterized by
Automatic direction control method.
【請求項2】 前記第1過程におけるパイロットヘッド
傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化角をξ1 、ヘッ
ド角の操作量をΔηとしたとき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもと
に制御系を構成することを特徴とする請求項1記載のト
ンネル掘進機の自動方向制御方法。
Wherein said posture change angle xi] 1 of tunnel boring machine during the pilot head tilting operation in the first process, the soil around the ground and β becomes ξ 1 = -βΔη when a Δη the operation of the head angle Characteristic value and pipe shape, elastic coefficient, length of each part of the tunnel machine and analytically determined from the number of subsequent pipes, a control system is configured based on the dynamic model of the tunnel machine. Item 1. An automatic direction control method for a tunnel machine according to Item 1.
【請求項3】 前記第1過程における元押しによる全体
推進操作終了時のパイロットヘッド圧入操作完了時から
のトンネル掘進機の姿勢変化角ξ3 をパイロットヘッド
角の定数倍として、パイロットジャッキの伸長量とトン
ネル掘進機の前部推進筒の長さとパイロットヘッド部の
長さの和の比から、パイロットヘッド長をLh 、ストロ
ーク長をLs 、前部推進筒の長さをLf 、パイロットヘ
ッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、前記トンネル掘進機のダイナミックモデル
をもとに制御系を構成することを特徴とする請求項1ま
たは2記載のトンネル掘進機の自動方向制御方法。
3. The extension amount of the pilot jack, where the attitude change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original push in the first step is set to a constant multiple of the pilot head angle. From the ratio of the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , the front propulsion cylinder is the length L f , and the pilot head is calculated by the angular as η ξ 3 = {L s / (L h + L f)} η, claim 1, wherein the configuring the control system on the basis of a dynamic model of the tunnel boring machine or
The automatic direction control method of the tunnel excavator according to 2 or 3.
【請求項4】 前記第2過程におけるパイロットヘッド
傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化の中心となる位
置を周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、トンネル
掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に求め、前
記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制御系
を構成することを特徴とする請求項1,2または3のい
ずれかに記載のトンネル掘進機の自動方向制御方法。
4. The position which becomes the center of the posture change of the tunnel excavator during the tilting operation of the pilot head in the second step, the soil property value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel excavator, and analytically determined from the following pipe number, according to claim 1, 2 or 3 Neu, characterized in that configuring the control system on the basis of a dynamic model of the tunnel excavator
A method for automatically controlling the direction of a tunnel excavator according to any of the above.
【請求項5】 前記第2過程におけるパイロットヘッド
圧入操作時のトンネル掘進機の姿勢変化の中心となる位
置を周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、トンネル
掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に求め、前
記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制御系
を構成することを特徴とする請求項1,2,3または4
のいずれかに記載のトンネル掘進機の自動方向制御方
法。
5. The position which becomes the center of the posture change of the tunnel excavator at the time of the pilot head press-fitting operation in the second step, the soil property value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel excavator, and analytically determined from the following pipe number, claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that it constitutes a control system based on the dynamic model of the tunnel excavator
An automatic direction control method for a tunnel machine according to any one of 1 .
【請求項6】 修正方向へパイロットヘッドを傾動させ
る第1の操作、土中に推進方向の空間をつくるため、パ
イロットジャッキの伸長によってパイロットヘッドを圧
入する第2の操作、パイロットジャッキを縮めながら、
発進立坑内の元押しジャッキによりトンネル掘進機およ
び該トンネル掘進機に後続された埋設管全体を推進させ
る第3の操作の3つの操作により方向制御を行って1ス
トロークの推進を完了し、中折れ部を介して前部推進筒
と後部推進筒とが接続される圧入式トンネル掘進機の自
動方向制御方法を実施するプログラムを記録した記録媒
体であって、 地中のトンネル掘進機および後続する埋設管を弾性床上
の梁としてモデル化し、パイロットヘッド圧入時の反動
による回転角を当該パイロットヘッドの傾動角の一次関
数と仮定し、その内部パラメータ以外はすべて解析的に
決定し得る、パイロットヘッド角の操作量を入力とし、
パイロットヘッドの先端位置を出力とするダイナミック
モデルを用い、 前記ダイナミックモデルは、 設定したパイロットヘッド角の大きさおよび前回から変
化させた角度をもとに、前記各操作毎の姿勢角の変化を
求め、これらを線形結合して1ストローク当りの姿勢変
化角を求める第1過程と、 計測値に基づく姿勢角の初期値と前記第1過程によって
求めるストローク毎の姿勢変化角を累積することにより
任意ストローク経過後のトンネル掘進機の姿勢角を求
め、これを用いて掘進機各部の長さおよび前記第1過程
により算出する今回の各操作段階の姿勢角の変化によ
り、各操作段階終了毎の基準線からの距離の変化を求
め、これらの値を線形結合して、次の1ストローク経過
後のトンネル掘進機の中折れ部の基準線からの変化距離
を求める第2過程と、 前記第2過程によって求めるストローク毎の中折れ部の
基準線からの距離の変化の累積とこの距離の初期値から
求まる中折れ部の基準線からの距離と、前記第2過程で
求めたトンネル掘進機の姿勢角と、パイロットヘッド角
およびトンネル掘進機各部の長さとから位置を算出する
第3過程とを有し、前記第1過程におけるパイロットヘッド圧入操作時の反
動によるトンネル掘進機の姿勢変化角をξ 2 とし、パイ
ロットヘッド角をηとして、該姿勢変化角ξ 2 を当該時
刻のパイロットヘッド角ηの線形関数ξ 2 として次式の
ように ξ 2 =−(αη+γ) と仮定し、地上からの他の水平位置計測値、垂直位置お
よび姿勢角計測値により垂直、水平各々のαおよびγを
推定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをも
とに制御系を構成する ことを特徴とするトンネル掘進機
の自動方向制御プログラムを記録した記録媒体。
6. A first operation of tilting the pilot head in a correcting direction, a second operation of press-fitting the pilot head by extension of the pilot jack to create a space in the soil in the propulsion direction, while shrinking the pilot jack,
The direction control is performed by the three operations of the third operation of propelling the tunnel excavator and the entire buried pipe following the tunnel excavator by the push jack in the starting shaft, completing the one-stroke propulsion A recording medium storing a program for implementing an automatic direction control method for a press-fit tunnel excavator in which a front propulsion cylinder and a rear propulsion cylinder are connected via a section, The pipe is modeled as a beam on an elastic floor, the rotation angle due to the recoil when the pilot head is press-fitted is assumed to be a linear function of the tilt angle of the pilot head, and all the parameters other than its internal parameters can be analytically determined. Input the operation amount,
Using a dynamic model that outputs the tip position of the pilot head, the dynamic model calculates the change in the posture angle for each operation based on the size of the set pilot head angle and the angle changed from the previous time. , A first step of linearly combining these to obtain a posture change angle per stroke, and an initial value of the posture angle based on a measured value and a posture change angle for each stroke obtained by the first step The attitude angle of the tunnel machine after the passage is obtained, and by using this, the reference line at the end of each operation step is determined by the length of each part of the machine and the change in the attitude angle at each operation step of this time calculated in the first process. The change distance from the reference line of the middle part of the tunnel machine after the next stroke is calculated by linearly combining these values. The second step, the cumulative change in the distance from the reference line of the middle bent portion for each stroke obtained in the second step, the distance from the reference line of the middle bent portion obtained from the initial value of this distance, and the second step And a third step of calculating the position from the attitude angle of the tunnel machine obtained in step 1, and the pilot head angle and the length of each part of the tunnel machine, and a counteraction at the pilot head press-fitting operation in the first step.
Let ξ 2 be the posture change angle of the tunnel machine due to motion , and
When the lot head angle is η, the attitude change angle ξ 2 is
As a linear function ξ 2 of the pilot head angle η
As xi] 2 = - assuming (αη + γ) and the other horizontal position measurement value from the ground, your vertical position
And the attitude angle measurement value
Estimate the dynamic model of the tunnel machine
A recording medium on which an automatic direction control program for a tunnel machine is recorded, characterized by configuring a control system in and .
【請求項7】 前記第1過程におけるパイロットヘッド
傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化角をξ1 、ヘッ
ド角の操作量をΔηとしたとき ξ1 =−βΔη となるβを周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、ト
ンネル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に決
定し、前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもと
に制御系を構成することを特徴とする請求項記載のト
ンネル掘進機の自動方向制御プログラムを記録した記録
媒体。
7. In the first step, when the attitude change angle of the tunnel excavator during tilting operation of the pilot head is ξ 1 , and the operation amount of the head angle is Δη, β such that ξ 1 = −βΔη is obtained, and β is the soil of the surrounding ground. Characteristic value and pipe shape, elastic coefficient, length of each part of the tunnel machine and analytically determined from the number of subsequent pipes, a control system is configured based on the dynamic model of the tunnel machine. A recording medium recording the automatic direction control program of the tunnel machine according to Item 6 .
【請求項8】 前記第1過程における元押しによる全体
推進操作終了時のパイロットヘッド圧入操作完了時から
のトンネル掘進機の姿勢変化角ξ3 をパイロットヘッド
角の定数倍として、パイロットジャッキの伸長量とトン
ネル掘進機の前部推進筒の長さとパイロットヘッド部の
長さの和の比から、パイロットヘッド長をLh 、ストロ
ーク長をLs 、前部推進筒の長さをLf 、パイロットヘ
ッド角をηとして ξ3 ={Ls /(Lh +Lf )}η により求め、前記トンネル掘進機のダイナミックモデル
をもとに制御系を構成することを特徴とする請求項6ま
たは7記載のトンネル掘進機の自動方向制御プログラム
を記録した記録媒体。
8. The extension amount of the pilot jack, where the posture change angle ξ 3 of the tunnel machine from the completion of the pilot head press-fitting operation at the end of the entire propulsion operation by the original pushing in the first step is set as a constant multiple of the pilot head angle. From the ratio of the sum of the length of the front propulsion cylinder of the tunnel machine and the length of the pilot head, the pilot head length is L h , the stroke length is L s , the front propulsion cylinder is the length L f , and the pilot head is calculated by the angular as η ξ 3 = {L s / (L h + L f)} η, or claim 6, characterized in that configuring the control system on the basis of a dynamic model of the tunnel excavator
A recording medium on which the automatic direction control program for the tunnel machine described in item 7 is recorded.
【請求項9】 前記第2過程におけるパイロットヘッド
傾動操作時のトンネル掘進機の姿勢変化の中心となる位
置を周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、トンネル
掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に求め、前
記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制御系
を構成することを特徴とする請求項6,7または8のい
ずれかに記載のトンネル掘進機の自動方向制御プログラ
ムを記録した記録媒体。
9. The position, which is the center of the posture change of the tunnel excavator during the tilting operation of the pilot head in the second step, is the soil property value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel excavator, and analytically determined from the following pipe number, claim 6, 7 or 8 Neu, characterized in that configuring the control system on the basis of a dynamic model of the tunnel excavator
A recording medium on which the automatic direction control program of the tunnel machine described in the above is recorded.
【請求項10】 前記第2過程におけるパイロットヘッ
ド圧入操作時のトンネル掘進機の姿勢変化の中心となる
位置を周辺地盤の土性値と管の形状、弾性係数、トンネ
ル掘進機各部の長さおよび後続管数から解析的に求め、
前記トンネル掘進機のダイナミックモデルをもとに制御
系を構成することを特徴とする請求項6,7,8または
9のいずれかに記載のトンネル掘進機の自動方向制御プ
ログラムを記録した記録媒体。
10. The position, which is the center of the posture change of the tunnel excavator during the pilot head press-fitting operation in the second step, is the soil value of the surrounding ground, the shape of the pipe, the elastic coefficient, the length of each part of the tunnel excavator, and Analytically determined from the number of subsequent tubes,
9. A control system is configured based on a dynamic model of the tunnel machine, 6, 6, 8 or
9. A recording medium having recorded therein an automatic direction control program for a tunnel machine.
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