RU2509892C1

RU2509892C1 - Control method of shield of tunnel boring complex, and tracking system for its implementation

Info

Publication number: RU2509892C1
Application number: RU2012131918/03A
Authority: RU
Inventors: Вадим Борисович Будников; Виктор Васильевич Сурков; Борис Владимирович Сухинин
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2012131918A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: control method of a shield of a tunnel boring complex consists in the fact that the shield is controlled in two planes by means of control systems in vertical and horizontal planes. By means of measurement equipment there determined are inclination angles of an actuating element relative to vertical and horizontal planes, signals as per speed of change of the inclination angle relative to vertical and horizontal planes, linear displacements in vertical and horizontal planes, and speeds of change of linear displacement in vertical and horizontal planes. The above signals are supplied to a control unit as per four coordinates, where they are compared to the task; after that, based on error signals, a relay control law of the actuating element is created. The invention also proposes a tracking control system of the shield of the tunnel boring complex, which includes the following in-series connected components: an optic direction setting device, a beam deviation unit, a membrane, a photoelectric receiving device and a four-coordinate control unit the input of which is connected to an inclination angle measurement unit. In addition, the device includes a state observer unit the input of which is connected to the inclination angle measurement unit and the output of which is connected to the control unit.

EFFECT: improving accurate and reliable control of movement of a shield of a tunnel boring complex.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области систем автоматизированного управления, а в частности к системам управления в горной промышленности, и может быть применено для управления щитовым тоннелепроходческим комплексом.The invention relates to the field of automated control systems, and in particular to control systems in the mining industry, and can be used to control a shield tunnel complex.

Известны способы управления щитовыми тоннелепроходческими комплексами, в которых с помощью измерительной техники определяют положение исполнительного органа комплекса в пространстве и далее с помощью блока автоматического управления формируют сигналы управления щитом. Наиболее близким к предлагаемому является способ [а.с. СССР 1599537, кл. Е21С 35/24, 1988], в котором определяется угол наклона относительно горизонтальной плоскости и угол наклона относительно вертикальной плоскости исполнительного органа комплекса, данные углы сравнивают с заданием для данной точки пространства и формируют сигналы отклонения от задания, далее на основании этих сигналов формируют релейный сигнал управления исполнительным органом. Данный способ выбран в качестве прототипа для заявляемого в патенте способа управления.Known methods for controlling shield tunneling complexes, in which using a measuring technique determine the position of the executive body of the complex in space, and then using the automatic control unit generate control signals for the shield. Closest to the proposed is the method [a.s. USSR 1599537, class Е21С 35/24, 1988], in which the angle of inclination relative to the horizontal plane and the angle of inclination relative to the vertical plane of the executive body of the complex is determined, these angles are compared with the reference for a given point in space and deviation signals are generated, then a relay signal is generated based on these signals management of the executive body. This method is selected as a prototype for the control method claimed in the patent.

Недостаток способа, описанного в прототипе [а.с. СССР 1599537, кл. Е 21 С 35/24, 1988], заключается в том, что закон управления щитом не учитывает данные об угловой скорости, линейном перемещении и линейной скорости перемещения щита и поэтому не обеспечивает достаточной точности и надежности управления.The disadvantage of the method described in the prototype [and.with. USSR 1599537, class E 21 C 35/24, 1988], lies in the fact that the control law of the shield does not take into account data on the angular velocity, linear displacement and linear velocity of movement of the shield and therefore does not provide sufficient accuracy and reliability of control.

Известны различные системы управления движением исполнительных органов тоннелепроходческих комплексов, в которых присутствуют оптические приборы определения положения щита в пространстве, блок задания положения, блок управления механизмами передвижения щита. Наиболее близкой к предлагаемой является система [а.с. СССР 1599537, кл. Е21С 35/24, 1988], в которой с помощью лазера, расположенного в пройденной части тоннеля, и приемного фотоэлемента, расположенного на исполнительном органе комплекса, задают направление движения тоннелепроходческого комплекса, с фотоэлемента сигналы поступают на блок управления, где формируют сигналы отклонения от задания для данной точки пространства и на основании этого сигнала формируют сигнал управления золотниками гидродомкратов продвижения щита.There are various control systems for the movement of executive bodies of tunneling complexes, in which there are optical instruments for determining the position of the shield in space, a positioning unit, a control unit for the mechanisms of movement of the shield. Closest to the proposed is the system [a.s. USSR 1599537, class Е21С 35/24, 1988], in which using the laser located in the passed part of the tunnel and the receiving photocell located on the executive body of the complex, the direction of movement of the tunneling complex is set, from the photocell signals are sent to the control unit, where they form deviation signals from the task for a given point in space and on the basis of this signal, a control signal is generated for the spools of the hydraulic jacks of the shield advancement.

Недостаток системы, описанной в прототипе [а.с. СССР 1599537, кл. Е21С 35/24, 1988], заключается в том, что в данной системе отсутствуют средства определения угловой скорости, линейного перемещения и линейной скорости, а блок управления не позволяет учитывать при формировании сигнала управления угловую скорость, линейное перемещение и линейную скорость.The disadvantage of the system described in the prototype [and.with. USSR 1599537, class Е21С 35/24, 1988], lies in the fact that in this system there are no means for determining angular velocity, linear displacement and linear velocity, and the control unit does not allow to take into account angular velocity, linear displacement, and linear velocity when generating the control signal.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности и надежности управления передвижением щита тоннелепроходческого комплекса.An object of the present invention is to improve the accuracy and reliability of controlling the movement of the shield of a tunnel complex.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом способе управление щитом осуществляют в двух плоскостях посредством систем управления по вертикали и по горизонтали, при этом с помощью измерительной техники определяют углы наклона исполнительного органа относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, затем формируют сигналы по вышеуказанным углам наклона, также дополнительно определяют сигналы по скорости изменения угла наклона относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, линейные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, скорости изменения линейного перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, вышеперечисленные сигналы о состоянии щита тоннелепроходческого комплекса подают на блок управления по четырем координатам, где их сравнивают с заданием, после чего на основании сигналов рассогласования формируют релейный закон управления исполнительным органом. А предлагаемая следящая система управления щитом тоннелепроходческого комплекса, содержит последовательно соединенные оптический задатчик направления, блок отклонения луча, диафрагму, фотоэлектрическое приемное устройство, блок управления по четырем координатам, вход которого также соединен с блоком наблюдателя состояния, который своим входом соединен с блоком измерения углов наклона.The problem is solved due to the fact that in the proposed method, the shield is controlled in two planes by means of vertical and horizontal control systems, while using the measuring technique, the tilt angles of the actuator relative to the vertical and horizontal planes are determined, then signals are generated at the above tilt angles, signals are also additionally determined by the rate of change of the angle of inclination relative to the vertical and horizontal planes, linear displacements in the vertical and horizontal planes, the rate of change of linear displacement in the vertical and horizontal planes, the above signals about the condition of the shield of the tunneling complex are fed to the control unit in four coordinates, where they are compared with the task, after which the relay control law of the executive body is formed on the basis of the mismatch signals. And the proposed tracking system for controlling the shield of the tunneling complex, contains a series-connected optical direction adjuster, a beam deflection unit, a diaphragm, a photoelectric receiving device, a four-coordinate control unit, the input of which is also connected to the state observer unit, which is connected by its input to the tilt angle measuring unit .

Техническая сущность изобретения заключается в следующем: управление щитом осуществляется в двух плоскостях (горизонтальная и вертикальная системы управления). В каждой из систем осуществляется релейное управление, причем функция переключения формируется путем вычитания из задания координат состояния объекта со своими весовыми коэффициентами.The technical essence of the invention is as follows: the shield is controlled in two planes (horizontal and vertical control systems). Relay control is carried out in each of the systems, and the switching function is formed by subtracting the state of the object with its weight coefficients from the task.

На фиг.1 представлена принципиальная схема следящей системы управления; на фиг.2 - блок управления с блоком наблюдателя состояния и с блоком измерения углов наклона; на фиг.3 - блок наблюдателя состояния; на фиг.4 - расположение элементов системы в проходческом забое.Figure 1 presents a schematic diagram of a servo control system; figure 2 - control unit with a block of state observer and with a block for measuring the angle of inclination; figure 3 - block observer status; figure 4 - the location of the elements of the system in the face.

Система состоит из оптического задатчика направления 1, луч которого проходит через блок 2 отклонения луча, диафрагму 3 и поступает на вход матрицы фотоэлектрического приемного устройства 4, связанного с блоком управления по четырем координатам 5, на вход которого также поступает сигнал от блока наблюдателя состояния 7, на вход которого поступает сигнал с блока измерения углов наклона 6. Вход блока 2 отклонения луча связан с блоком задания угла поворота 9.The system consists of an optical directional adjuster 1, the beam of which passes through the beam deflection unit 2, the diaphragm 3, and enters the matrix input of the photoelectric receiver 4 connected to the control unit in four coordinates 5, the input of which also receives a signal from the state observer unit 7, the input of which receives a signal from the tilt angle measuring unit 6. The input of the beam deflection unit 2 is connected to the rotation angle setting unit 9.

Фотоэлектрическое приемное устройство состоит из матрицы 10 с четырьмя фотоэлементами 11, расположенными друг от друга на расстоянии, равном диаметру луча, связанной механически через винтовую передачу 12 с электродвигателем 13 и индуктивным датчиком измерения перемещения 14. Посредством горизонтальной винтовой передачи 15 матрица 10 связана с электродвигателем 16 и индуктивным датчиком измерения перемещения 17. Фотоэлементы 11 через избирательные усилители 18, устройства сравнения 19 и усилители мощности 20 электрически связаны с электродвигателями 13 и 16. Индуктивные датчики измерения перемещения 14 и 17 электрически связаны через фазочувствительные усилители 21 и 22 с блоком управления по четырем координатам 5. С матрицей 10 механически, посредством корпуса, и оптически, посредством полупрозрачного зеркала 24 и отражающего зеркала 25, связана матрица 26, состоящая из четырех основных фотоэлементов 27, расположенных на взаимно перпендикулярных осях, и восьми дополнительных фотоэлементов 28, размещенных между основными и соединенных по два параллельно. Фотоэлементы 27 и 28 связаны через избирательные усилители 29, устройства сравнения 30 и регулируемые усилители 31, 32 с блоком управления по четырем координатам 5. В цепи обратных связей выходных усилителей 31 и 32 включены дополнительные фотоэлементы-фоторезисторы 33 и 34 соответственно. Блок отклонения луча 2 состоит из зеркальной призмы 35, связанной через редуктор 36 с электродвигателем 37, соединенным через усилитель 38 с устройством сравнения 39, которое подключено к блокам 3 и 9.The photoelectric receiving device consists of a matrix 10 with four photocells 11 located at a distance equal to the diameter of the beam mechanically connected through a helical gear 12 with an electric motor 13 and an inductive displacement measuring sensor 14. By means of a horizontal helical gear 15, the matrix 10 is connected to an electric motor 16 and an inductive displacement measurement sensor 17. Photocells 11 through selective amplifiers 18, comparison devices 19 and power amplifiers 20 are electrically connected to the electric motor by firs 13 and 16. Inductive displacement sensors 14 and 17 are electrically connected through phase-sensitive amplifiers 21 and 22 to the control unit in four coordinates 5. The matrix 10 is mechanically, by means of a housing, and optically, by means of a translucent mirror 24 and a reflecting mirror 25, a matrix is connected 26, consisting of four main photocells 27 located on mutually perpendicular axes, and eight additional photocells 28 located between the main and two in parallel. Photocells 27 and 28 are connected through selective amplifiers 29, comparison devices 30 and adjustable amplifiers 31, 32 with a control unit in four coordinates 5. In the feedback circuit of the output amplifiers 31 and 32, additional photocell resistors 33 and 34, respectively, are included. The beam deflection unit 2 consists of a mirror prism 35 connected through a reducer 36 to an electric motor 37 connected through an amplifier 38 to a comparison device 39, which is connected to blocks 3 and 9.

Диафрагма 3 состоит из основания 40, на котором установлена матрица 41 с отверстием 42 и двумя фотоэлементами 43, связанными через усилители напряжения 44 и 45 с устройством сравнения 46, которое через усилитель мощности 47 подключено к электродвигателю 48. Электродвигатель соединен через винтовую передачу 49 с матрицей 41 и датчиком перемещений 50, который через усилитель 51 соединен с устройством сравнения 39 блока 2.The diaphragm 3 consists of a base 40, on which a matrix 41 is installed with an opening 42 and two photocells 43 connected through voltage amplifiers 44 and 45 to a comparison device 46, which is connected to an electric motor 48 through a power amplifier 47. The electric motor is connected via a helical gear 49 41 and a displacement sensor 50, which is connected through an amplifier 51 to a comparison device 39 of block 2.

Блок 9 задания угла поворота оптического луча состоит из секционированного потенциометра 52, подключенного к ламелям шагового искателя 53, соединенного электрически с путевым выключателем 54, связанным с механизмом перемещения 55 проходческого щита (гидродомкратом).Block 9 sets the angle of rotation of the optical beam consists of a sectioned potentiometer 52 connected to the lamellas of the step finder 53, electrically connected to the travel switch 54 connected to the movement mechanism 55 of the tunnel shield (hydraulic jack).

Блок измерения углов наклона 6 (фиг.2) состоит из электролитического датчика 56, электрически связанного с резисторами 57 и 58 и механически с винтом 59. Кроме того, блок 6 содержит усилитель 60, вход которого электрически связан с резисторами 57 и 58, а выход подключен к электродвигателю 61, который через редуктор 62 соединен с электролитическим датчиком 56 и индуктивным датчиком 63. Выход индуктивного датчика 63 связан со входами функциональных преобразователей 64 и 65, выходы которых связаны с блоком наблюдателя состояния 7. Входы функциональных преобразователей 64 и 65 также соединены с выходами задатчика 66.The tilt angle measuring unit 6 (FIG. 2) consists of an electrolytic sensor 56 electrically connected to resistors 57 and 58 and mechanically to a screw 59. In addition, block 6 contains an amplifier 60, the input of which is electrically connected to resistors 57 and 58, and the output connected to an electric motor 61, which is connected through a reducer 62 to an electrolytic sensor 56 and an inductive sensor 63. The output of the inductive sensor 63 is connected to the inputs of the functional converters 64 and 65, the outputs of which are connected to the state observer unit 7. Inputs of the functional converters callers 64 and 65 are also connected to the outputs of the setter 66.

Блок наблюдателя состояния 7 представляет собой электронное устройство, реализующее вычисления по алгоритму, изображенному на фиг.3. Вход наблюдателя состояния 7 соединен с выходом блока измерения углов наклона 6, а выход со входом блока управления по четырем координатам 5.Block observer state 7 is an electronic device that implements the calculation according to the algorithm depicted in figure 3. The input of the state observer 7 is connected to the output of the tilt angle measuring unit 6, and the output to the input of the control unit in four coordinates 5.

Блок управления по четырем координатам 5 содержит сумматоры 67 и 68, входы которых соединены с выходом блока наблюдателя состояния 7 и с выходами усилителей мощности 20, cумматоры 69 и 70, входы которых соединены с выходами сумматоров 67 и 68 соответственно и с выходами устройств сравнения 30, cумматоры формирования сигналов управления 71 и 72, входы которых соединены с выходами сумматоров 69 и 70 соответственно и с выходом блока наблюдателя состояния 7. На выходы сумматоров формирования сигналов управления 71 и 72 подключены реле соответственно 73,74,…,n и 75,76,…,m.The four-coordinate control unit 5 contains adders 67 and 68, the inputs of which are connected to the output of the state observer unit 7 and to the outputs of the power amplifiers 20, adders 69 and 70, whose inputs are connected to the outputs of the adders 67 and 68, respectively, and with the outputs of the comparison devices 30, control signal generating adders 71 and 72, the inputs of which are connected to the outputs of adders 69 and 70, respectively, and with the output of the state observer unit 7. Relays 73.74, ..., n and 75 are connected to the outputs of the control signal generating adders 71 and 72, respectively , 76, ..., m.

Реализацию способа управления рассмотрим на примере работы следящей системы.We will consider the implementation of the control method using the example of a tracking system.

Оптический задатчик направления 1, блок отклонения луча 2 и диафрагма 3 устанавливаются в тоннеле, а все остальные блоки на щите 8 (фиг.4); с помощью луча оптического задатчика направления 1 задается направление движения щита. Слежение за лучом и измерение линейных и угловых координат щита осуществляется фотоэлектрическим приемным устройством 4. В установившемся состоянии все фотоэлементы 11 освещены лучом оптического задатчика направления 1. Снимаемые с них электрические сигналы, усиленные избирательными усилителями 18, поступают на устройства сравнения 19. При этом выходные сигналы их равны нулю.The optical direction adjuster 1, the deflection unit of the beam 2 and the diaphragm 3 are installed in the tunnel, and all other blocks on the shield 8 (figure 4); using the beam of the optical directional adjuster 1 sets the direction of movement of the shield. Tracking the beam and measuring the linear and angular coordinates of the shield is carried out by the photoelectric receiving device 4. In the steady state, all the photocells 11 are illuminated by the beam of the optical direction adjuster 1. The electrical signals removed from them, amplified by the selective amplifiers 18, are sent to the comparison devices 19. In this case, the output signals they are equal to zero.

Если имеет место отклонение щита, а следовательно, и фотоэлектрического приемного устройства, то оказываются засвеченными не все фотоэлементы 11 матрицы 10. На выходе устройств сравнения 19 появляются сигналы рассогласования, которые через усилители мощности 20 включают электродвигатели 13 и 16. Эти электродвигатели через винтовые передачи 12 и 15 перемещают матрицу 10 таким образом, чтобы все фотоэлементы 11 были освещены одинаково. Пройденный матрицей 10 путь, определенный отклонением точки щита 8, в которой закреплено приемное устройство 4, измеряется индуктивными датчиками измерения перемещения 14 и 17. Аналоговые сигналы Ux и Uy с датчиков через фазочувствительные усилители 21 и 22 поступают в блок управления по четырем координатам 5.If there is a deviation of the shield, and therefore of the photoelectric receiving device, then not all photocells 11 of the matrix 10 are illuminated. At the output of the comparison devices 19, mismatch signals appear, which, through power amplifiers 20, turn on electric motors 13 and 16. These motors through screw transmissions 12 and 15 move the matrix 10 so that all the photocells 11 are lit identically. The path traveled by the matrix 10, determined by the deviation of the shield point 8, in which the receiving device 4 is fixed, is measured by inductive displacement sensors 14 and 17. The analog signals Ux and Uy from the sensors through the phase-sensitive amplifiers 21 and 22 enter the control unit in four coordinates 5.

Луч оптического задатчика направления 1, проходя через отверстие матрицы 10, поступает на полупрозрачное зеркало 24, отразившись от которого попадает на зеркало 25 и затем на фотоэлементы 27, 28 матрицы 26, которая измеряет углы наклона щита относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей. Установка двух зеркал 24 и 25 увеличивает точность измерения угловых координат.The beam of the optical directional adjuster 1, passing through the opening of the matrix 10, enters the translucent mirror 24, reflected from which it enters the mirror 25 and then onto the photocells 27, 28 of the matrix 26, which measures the tilt angles of the shield relative to the horizontal and vertical planes. The installation of two mirrors 24 and 25 increases the accuracy of measuring angular coordinates.

При отсутствии углов наклона щита относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей щита луч оптического задатчика направления 1 падает на центр матрицы 26 и равномерно освещает фотоэлементы 27, 28. При этом сигналы на выходе устройств сравнения 30 равны нулю. Когда имеет место наличие углов наклона относительно горизонтальной плоскости α и углов относительно вертикальной плоскости β, луч оптического задатчика направления 1 перемещается по фотоэлементам 27, 28. В результате освещенность одних фотоэлементов увеличивается, а других уменьшается, что приводит к появлению электрических сигналов U_α и U_β на выходах устройств сравнения 30 и выходных усилителей 31, 32, пропорциональных углам отклонения оси щита в горизонтальной и вертикальной плоскостях.In the absence of shield tilt angles with respect to the horizontal and vertical planes of the shield, the beam of the optical direction adjuster 1 falls on the center of the matrix 26 and uniformly illuminates the photocells 27, 28. In this case, the signals at the output of the comparison devices 30 are equal to zero. When there are tilt angles with respect to the horizontal plane α and angles with respect to the vertical plane β, the beam of the optical direction adjuster 1 moves along the photocells 27, 28. As a result, the illumination of some photocells increases and others decreases, which leads to the appearance of electrical signals U _α and U _β at the outputs of comparison devices 30 and output amplifiers 31, 32 proportional to the deflection angles of the shield axis in the horizontal and vertical planes.

Эти напряжения поступают в блок управления по четырем координатам 5. Для устранения влияния изменения интенсивности задающего луча оптического задатчика направления 1 на измерения углов наклона относительно горизонтальной плоскости и относительно вертикальной плоскости в цепи отрицательных обратных связей выходных усилителей 31 и 32 включены фоторезисторы соответственно 33 и 34, которые освещаются лучом, проходящим через полупрозрачное зеркало 24. При изменении интенсивности задающего луча изменяется сопротивление фотоэлементов-фоторезисторов 33 и 34, в результате изменяются коэффициенты усиления выходных усилителей 31 и 32, в результате чего выходные напряжения U_α и U_β остаются неизменными. При работе на криволинейных участках трассы в функции пройденного расстояния производится отклонение луча в плане посредством блока 2. На устройство сравнения 39 этого блока поступают аналоговые сигналы с блоков 3 и 9. С блока 9 поступает аналоговый сигнал, пропорциональный требуемому углу поворота луча, с блока 3 - аналоговый сигнал, пропорциональный действительному углу поворота луча: разностный сигнал, усиленный усилителем 38, включает электродвигатель 37 и производится поворот призмы 35. При повороте призмы на требуемый угол сигналы на входе устройства сравнения 39 равны по величине и противоположны по знаку, поэтому на выходе устройства сравнения сигнал равен нулю и привод отключается. Поворот луча производится через заданные отрезки пройденного щитом расстояния (например, 0,5 м -1,0 м) сигналом, поступающим из блока задания угла поворота 9. Призма 35 блока 2 поворачивает луч в горизонтальной плоскости, что вызывает изменение освещенности фотоэлементов 43 блока 3, это приводит к появлению сигнала на выходе элемента сравнения 46 и включению электродвигателя 48. Электродвигатель 48 перемещает матрицу 41 и подвижную часть датчика 50 измерения перемещений. Аналоговый сигнал с датчика 50 поступает через усилитель 51 на вход устройства сравнения 39 блока 2.These voltages are supplied to the control unit in four coordinates 5. To eliminate the influence of changes in the intensity of the master beam of the optical direction sensor 1 on the measurement of the tilt angles relative to the horizontal plane and relative to the vertical plane, the photoresistors 33 and 34, respectively, are included in the negative feedback circuit of the output amplifiers 31 and 32, which are illuminated by a beam passing through a translucent mirror 24. When the intensity of the master beam changes, the resistance of the photocell the resistors 33 and 34, as a result, the amplification factors of the output amplifiers 31 and 32 are changed, as a result of which the output voltages U _α and U _β remain unchanged. When working on curved sections of the route as a function of the distance traveled, the beam is deflected in plan by block 2. Analog signals from blocks 3 and 9 are sent to the comparator 39 of this block. From block 9, an analog signal is proportional to the required angle of rotation of the beam, from block 3 - an analog signal proportional to the actual angle of rotation of the beam: the differential signal amplified by the amplifier 38 turns on the motor 37 and the prism 35 is rotated. When the prism is rotated by the required angle, the input signals de comparison devices 39 are equal in magnitude and opposite in sign, therefore, at the output of the comparison device, the signal is zero and the drive is turned off. The beam is rotated through predetermined segments of the distance traveled by the shield (for example, 0.5 m -1.0 m) with a signal from the unit for setting the rotation angle 9. Prism 35 of unit 2 rotates the beam in the horizontal plane, which causes a change in the illumination of photocells 43 of unit 3 , this leads to the appearance of a signal at the output of the comparison element 46 and the inclusion of the motor 48. The electric motor 48 moves the matrix 41 and the moving part of the sensor 50 for measuring displacement. An analog signal from the sensor 50 is fed through an amplifier 51 to the input of the comparison device 39 of block 2.

При движении щита механизм перемещения 55 щита посредством путевого выключателя 54 включает шаговый искатель 53. Движок шагового искателя перемещается по ламелям, выдает через секционированный потенциометр 52 сигнал на вход устройства сравнения 39 блока 2.When the shield moves, the mechanism for moving the shield 55 by means of the limit switch 54 turns on the step finder 53. The step finder motor moves through the lamellas and, through a sectioned potentiometer 52, provides a signal to the input of the comparison device 39 of block 2.

Измерение углов наклона щита осуществляется блоком 6, представляющим собой следящую измерительную систему. В качестве чувствительного элемента в блоке используются электролитический датчик 56, который с резисторами 57 и 58 образует мост. Датчик 56 устанавливается в нулевое положение с помощью винта 59, при этом мост сбалансирован и разность потенциалов в диагонали моста равна нулю. При наклонении щита нарушается равновесие моста, и сигнал поступает через усилитель 60 на управляемую обмотку электродвигателя 61, который через редуктор 62 перемещает датчик в нулевое положение. Как только датчик займет нулевое положение, двигатель остановится. Величина поворота вала редуктора, пропорциональная углу наклона, преобразуются в электрический сигнал индуктивным датчиком 63. Таким образом получается аналоговый электрический сигнал, пропорциональный углам наклона.The measurement of the angle of inclination of the shield is carried out by block 6, which is a tracking measuring system. An electrolytic sensor 56, which forms a bridge with resistors 57 and 58, is used as a sensitive element in the unit. The sensor 56 is installed in the zero position using the screw 59, while the bridge is balanced and the potential difference in the diagonal of the bridge is zero. When the shield is tilted, the equilibrium of the bridge is disturbed, and the signal enters through the amplifier 60 to the controlled winding of the electric motor 61, which, through the reducer 62, moves the sensor to the zero position. As soon as the sensor is in the zero position, the engine will stop. The amount of rotation of the gearbox shaft, proportional to the angle of inclination, is converted into an electrical signal by the inductive sensor 63. Thus, an analog electrical signal is obtained proportional to the angle of inclination.

Следящая система в блоке измерения углов наклона 6 использована с целью увеличения линейной части характеристики датчика. С помощью сигнала об углах наклона вводятся поправки ΔUx и ΔUy в линейные координаты x и y проходческого щита. Для получения поправок ΔUx и ΔUy используются функциональные преобразователи 64, 65 и задатчик 66.The tracking system in the tilt angle measuring unit 6 is used to increase the linear part of the sensor characteristic. Using the tilt angle signal, corrections ΔUx and ΔUy are entered into the linear coordinates x and y of the tunnel shield. To obtain the corrections ΔUx and ΔUy, functional converters 64, 65 and a setter 66 are used.

В блоке наблюдателя состояния 7 сигнал, поступающий от блока измерения углов наклона 6, проходит ряд преобразований, изображенных на фиг.3. На выходе блока наблюдателя состояния получаем сумму сигналов о текущем положении щита со своими весовыми коэффициентами в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Данные сигналы поступают на входы сумматоров 71, 72.In the state observer unit 7, the signal from the tilt angle measuring unit 6 undergoes a series of transformations shown in FIG. 3. At the output of the state observer block, we obtain the sum of signals about the current position of the shield with their weight coefficients in the vertical and horizontal planes. These signals are fed to the inputs of the adders 71, 72.

В блоке управления 5 сумматором 67 вычисленная поправка ΔUx складывается с координатой Ux и на выходе сумматора 67 получается сигнал U_1X=Ux±ΔUx. В сумматоре 68 вычисленная поправка ΔUy складывается с координатой Uy и на выходе получается сигнал U_1Y=U_Y±ΔU_Y. Далее в сумматоре 69 поправка по углу наклона U_αскладывается с U_1X и на выходе получается сигнал U_2X=U_1X+Uα. Далее в сумматоре 70 поправка по углу наклона U_β складывается с U_1Y и на выходе получается сигнал U_2Y=U_1Y+U_β. Далее в сумматоре 71 сигнал о недостающих координатах состояния в горизонтальной плоскости U_3X складывается с U₂x и на выходе получается сигнал U_4X=U_2X+U_3X. Далее в сумматоре 72 сигнал о недостающих координатах состояния в вертикальной плоскости U_3Y складывается с U_2Y и на выходе получается сигнал U_4Y=U_2Y+U_3Y.In the control unit 5 of the adder 67, the calculated correction ΔUx is added to the coordinate Ux and the signal U _1X = Ux ± ΔUx is obtained at the output of the adder 67. In adder 68, the calculated correction ΔUy is added to the coordinate Uy and the signal U _1Y = U _Y ± ΔU _{Y is} obtained at the output. Then, in adder 69, the slope correction U _{α is} added to U _1X and the output is U _2X = U _1X + Uα. Further, in the adder 70, the correction for the angle of inclination U _{β is} added to U _1Y and the signal U _2Y = U _1Y + U _{β is} obtained at the output. Next, in the adder 71, the signal about the missing state coordinates in the horizontal plane U _{3X is} added to U ₂ x and the signal U _4X = U _2X + U _{3X is} obtained at the output. Next, in the adder 72, the signal about the missing state coordinates in the vertical plane U _{3Y is} added to U _2Y and the signal U _4Y = U _2Y + U _{3Y is} obtained at the output.

Управляющий сигнал U_4X поступает на входы реле, которые включают посредством электрогидрозолотников гидродомкраты для управления щитом в горизонтальной плоскости 73,74,…,n. Управляющие сигналы U_4Y поступают на входы реле, которые включают гидродомкраты для управления щитом в вертикальной плоскости 75,76,…,m.The control signal U _{4X is} supplied to the relay inputs, which include hydraulic jacks to control the shield in the horizontal plane, 73.74, ..., n, by means of electrohydroheads. The control signals U _4Y are fed to the relay inputs, which include hydraulic jacks for controlling the shield in the vertical plane 75.76, ..., m.

Таким образом, данное изобретение позволяет повысить точность и надежность управления передвижением щита тоннелепроходческого комплекса. Сущность изобретения заключается в том, что управление щитом осуществляется в двух плоскостях (горизонтальная и вертикальная система управления). В каждой из систем осуществляется релейное управление, причем функция переключения формируется путем вычитания из задания координат объекта (угол отклонения от оси, производная угла отклонения от оси (угловая скорость), перемещение относительно начала координат, производная перемещения относительно начала координат (линейная скорость)) со своими весовыми коэффициентами.Thus, this invention improves the accuracy and reliability of controlling the movement of the shield of the tunnel complex. The essence of the invention lies in the fact that the control panel is carried out in two planes (horizontal and vertical control system). Relay control is carried out in each of the systems, and the switching function is formed by subtracting the object’s coordinates from the task (the angle of deviation from the axis, the derivative of the angle of deviation from the axis (angular velocity), the displacement relative to the origin, the derivative of displacement relative to the origin (linear velocity)) with their weights.

Claims

1. The method of controlling the shield of the tunneling complex, which consists in the fact that the shield is controlled in two planes by means of vertical and horizontal control systems, while using the measuring technique the angles of inclination of the actuator relative to the vertical and horizontal planes are determined, then signals are generated according to the above the tilt angles and feed them to the control unit, where they are compared with the task, after which the relay control law is formed on the basis of the mismatch signals the executive body of the tunnel complex, characterized the fact that for the formation of the control law, signals are additionally determined by the rate of change of the angle of inclination relative to the vertical and horizontal planes, linear movements in the vertical and horizontal planes, the rates of change of linear movement in the vertical and horizontal planes and fed to the control unit, made in the form of a control unit in four coordinates.

2. A tracking control system for the shield of the tunneling complex, which contains a series-connected optical direction adjuster, a beam deflection unit, a diaphragm, a photoelectric receiving device, a control unit, the input of which is also connected to a tilt angle measuring unit, characterized in the fact that an additional block of a state observer is introduced into it, connected to the tilt angle measuring unit by its input, and by an output with a control unit in four coordinates.