盾构刀盘变频驱动系统控制策略研究

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文盾构刀盘变频驱动系统控制策略研究ResearchofMainDriveVFDSystem’sControlStrategyforShieldMachine培养单位：机械工程学院专业领域：机械工程学生姓名：林福龙校内导师：冯国胜教授校外导师：赵华教授级高工二○一八年一月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着国民经济的快速发展，盾

3、构装备在国家地铁项目建设、水利水电隧道、山岭铁路隧道、国防建设等基础设施建设被广泛采用。一条隧道是否能够顺利贯通，盾构能否适应工程地质条件是关键。而刀盘驱动处于盾构掘进的最前端，与工程地质结合最紧密，是整台盾构各个系统的核心部件。因此，如何控制刀盘驱动系统具有深远的意义。文章简述了盾构的基本结构和工作原理，介绍刀盘主驱动的结构形式和电液驱两种驱动方法。重点介绍了当前电驱主驱动同步控制的研究现状，提出了适合工程应用的主驱动的自适应扭矩限幅的滑差控制PLC保护策略。通过仿真软件MATLAB建立应用模型进行模拟仿真，并设计刀盘变频驱动扭矩试

4、验台验证控制策略的有效性。首先对刀盘负载的特性进行了针对性的介绍，简要阐述了异步电机矢量控制数学模型。对比分析了目前主流的刀盘主驱动变频器两种控制方式，根据两种控制方式的特点以及各个厂家盾构变频驱动的实际应用效果，最终选开环矢量控制为刀盘变频控制策略的基础。仿真验证阶段，采用MATLAB软件进行仿真模型的建立与仿真。首先搭建滑差控制的数学模型，介绍了各个模块的功能。然后在MATLAB环境中进行模型的建立，对不带耦合的滑差开环矢量控制策略进行仿真分析，验证Droop算法对刀盘负载加载的有效软化作用。最后提出针对滑差控制模式的盾构主驱动P

5、LC控制优化保护策略，自适应扭矩限幅与全过程刀盘运行保护控制。实验验证阶段，采用自主设计的刀盘变频驱动扭矩试验台进行试验。通过西门子S7-300PLC，利用通讯方式控制施耐德ATV71变频器拖动异步变频电机，并通过磁粉制动器给定负载扭矩。在两种控制策略下，分别进行PLC编程与变频器参数设置，模拟实际负载工况下刀盘变频器实际扭矩的输出响应情况。最后通过扭矩记录仪输出数据进行曲线拟合分析。通过在变频器不同控制策略下进行的研究与实验分析，得出了一些基本的结论，对电驱盾构变频驱动部分的电气控制系统设计与调试具有一定的现实指导意义。关键词：电驱

6、盾构；滑差控制；自适应限幅；MATLAB仿真；PLC保护AbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,shieldequipmenthasbeenwidelyadoptedintheconstructionofnationalsubwayprojects,Hydro-electrictunnels,mountainrailwaytunnels,nationaldefenseconstructionandotherinfrastructureprojects.Shieldequi

7、pmentcanadapttothegeologicalconditionsdeterminesthatwhetheritcansmoothlythroughatunnelornot.Cuttingwheeldriveisintheforefrontofshieldtunneling,andmostcloselytotheengineeringgeology.Socuttingwheelisthecorecomponentinshieldequipment.Howtocontroldrivesystemofthecutterwheel

8、hasfar-reachingsignificance.Thispaperintroducesthebasicstructureandworkingprincipleoftheshield.Themaindriveoft