本发明涉及盾构施工领域，尤其涉及一种盾构机自动姿态修正系统及修正方法。
背景技术
盾构机姿态的控制是盾构隧道施工过程中的一个十分重要的环节，在推进过程中能否保持良好的盾构姿态是管片拼装顺利进行和提高成环隧道质量的关键。就目前的盾构施工而言，盾构姿态的修正大多通过对推进系统或/和铰接系统进行调节，完成对盾构姿态的修正，但是由于在对推进系统或/和铰接系统进行调节过程中，没有动态的控制目标，所以无法精确控制推进系统或铰接系统的油缸伸缩(行程和速度)，姿态的修正精度较差，并且由于推进系统或/和铰接系统没有同步控制，多个推进油缸或/和铰接油缸的行程及速度很难在一个大的系统上精准的体现出姿态的调整。
技术实现要素：
鉴于上述情况，本发明提供了一种盾构机自动姿态修正系统及修正方法；可以实时对推进油缸的伸缩进行调节，盾构机姿态修正的精度较高。
为实现上述目的，本发明公开了一种盾构机自动姿态修正方法，包括以下步骤：
提供盾构机的推进系统，所述推进系统包括推进油缸和用于控制所述推进油缸伸缩的第一比例阀；
提供第一行程传感器，将所述第一行程传感器安装于所述推进油缸内，用于获取所述推进油缸的行程；
提供中央控制器，将所述中央控制器联接于所述第一行程传感器，将所述中央控制器联接于所述第一比例阀；
推进油缸伸缩以推进所述盾构机，利用第一行程传感器获取所述推进油缸的行程，并将所述推进油缸的行程反馈给所述中央控制器；
所述中央控制器将获取的推进油缸的行程与盾构机的预定轨迹进行比较，利用pid算法计算出所述推进油缸的行程修正偏差；
所述中央控制器根据所述推进油缸的行程修正偏差控制所述第一比例阀做出调整，调节所述推进油缸的伸缩。
本发明的有益效果在于：
1.利用中央控制器控制第一比例阀做出调整，进而达到调节推进油缸的伸缩，完成盾构机姿态的修正。
2.通过第一行程传感器、中央控制器和第一比例阀实现对推进油缸伸缩的实时控制，并形成了推进油缸伸缩的闭环控制系统，可保证推进油缸的伸缩精度，进而提高盾构机姿态的修正精度。
本发明一种盾构机自动姿态修正方法的进一步改进在于，还包括安装于所述推进油缸内且用于获取所述推进油缸的压力的第一压力传感器，所述中央控制器联接于所述第一压力传感器；
于推进油缸伸缩过程中，利用所述第一压力传感器获取所述推进油缸中的压力，并将所述推进油缸中的压力反馈给所述中央控制器；
所述中央控制器将获取的所述推进油缸中的压力与所述推进油缸的预定压力进行比较，计算出所述推进油缸的压力修正偏差，并利于pid算法计算出所述推进油缸的第一速度修正偏差；
并且，在调节所述推进油缸的伸缩的过程中，所述中央控制器根据所述推进油缸的行程修正偏差和所述第一速度修正偏差控制所述第一比例阀做出调整，调节所述推进油缸的伸缩。
本发明一种盾构机自动姿态修正方法的更进一步改进在于，还包括安装于盾构机的头部且用于获取所述盾构机的头部承受的土体压力的土压传感器，所述中央控制器联接于所述土压传感器；
于推进油缸伸缩过程中，利用所述土压传感器获取所述盾构机的头部承受的土体压力，并将所述土体压力反馈给所述中央控制器；
所述中央控制器将土体压力和所述盾构机的头部预定承受的土体压力进行比较，利用pid算法计算出所述推进油缸的第二速度修正偏差；
并且，在调节所述推进油缸的伸缩的过程中，所述中央控制器根据所述行程修正偏差、所述第一速度修正偏差以及所述第二速度修正偏差控制所述第一比例阀做出调整，调节所述推进油缸的伸缩。
本发明一种盾构机自动姿态修正方法的进一步改进在于，所述盾构机还包括铰接系统，所述铰接系统包括铰接油缸和用于控制所述铰接油缸的伸缩的第二比例阀，所述中央控制器联接于所述第二比例阀；所述铰接油缸中安装有用于获取所述铰接油缸的行程的第二行程传感器，所述中央控制器联接于所述第二行程传感器；
于推进油缸伸缩过程中，铰接油缸伸缩，利用第二行程传感器获取所述铰接油缸的行程，并将所述铰接油缸的行程反馈给所述中央控制器；
并且，在计算出所述推进油缸的行程修正偏差的过程中，所述中央控制器利用平行四边形法则将获取的所述铰接进油缸的行程和所述推进油缸的行程进行叠加，计算出所述盾构机的行程，并将所述盾构机的行程与所述盾构机的预定轨迹进行比较，利用pid算法分别计算出所述推进油缸的行程修正偏差和所述铰接油缸的行程修正偏差；
所述中央控制器根据所述铰接油缸的行程修正偏差控制所述第二比例阀做出调整，调节所述铰接油缸的伸缩。
本发明一种盾构机自动姿态修正方法的更进一步改进在于，还包括安装于所述铰接油缸内且用于获取所述铰接油缸的压力的第二压力传感器，所述中央控制器联接于所述第二压力传感器；
于铰接油缸伸缩过程中，利用所述第二压力传感器获取所述铰接油缸中的压力，并将所述铰接油缸的压力反馈给所述中央控制器；
所述中央控制器将获取的所述铰接油缸中的压力与所述铰接油缸的预定压力进行比较，计算出所述铰接油缸的压力修正偏差，并利于pid算法计算出所述铰接油缸的第四速度修正偏差；
并且，在调节所述铰接油缸的伸缩的过程中，所述中央控制器根据所述铰接油缸的行程修正偏差和所述第四速度修正偏差控制所述第二比例阀做出调整，调节所述铰接油缸的伸缩。
本发明还公开了一种盾构机自动姿态修正系统，包括：
推进系统，包括推进油缸和用于控制所述推进油缸伸缩的第一比例阀；
第一行程传感器，安装于所述推进油缸内；
中央控制器，联接于所述第一比例阀，所述第一行程传感器联接于所述中央控制器，所述中央控制器中设有比较模块和pid计算模块，所述比较模块中预设有盾构机的预定轨迹。
本发明一种盾构机自动姿态修正系统进一步改进在于，所述推进油缸内还安装有第一压力传感器，所述中央控制器联接于所述第一压力传感器，所述中央控制器的所述比较模块中还预设有推进油缸的预定压力。
本发明一种盾构机自动姿态修正系统的进一步改进在于，还包括：
铰接系统，包括铰接油缸和用于控制所述铰接油缸伸缩的第二比例阀，所述中央控制器联接于所述第二比例阀，所述中央控制器还设有叠加计算模块；
第二行程传感器，安装于所述铰接油缸内，所述中央控制器联接于所述第二行程传感器。
本发明一种盾构机自动姿态修正系统的更进一步改进在于，所述铰接油缸内还安装有第二压力传感器，所述中央控制器联接于所述第二压力传感器，所述中央控制器的所述比较模块中预设有铰接油缸的预定压力。
本发明一种盾构机自动姿态修正系统的进一步改进在于，盾构机的头部安装有土压传感器，所述中央控制器的联接于所述土压传感器，所述中央控制器的所述比较模块中预设有盾构机的头部预定承受的土体压力。
附图说明
图1是本发明一种盾构机自动姿态修正系统的组成框图。
图2是本发明一种盾构机自动姿态修正方法的流程图。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参阅图1和图2可知，本发明公开了一种盾构机自动姿态修正方法，包括以下步骤：
步骤101：提供盾构机的推进系统，推进系统包括推进油缸和用于控制推进油缸伸缩的第一比例阀；
步骤102：提供第一行程传感器，将第一行程传感器安装于推进油缸内，用于获取推进油缸的行程；
步骤103：提供中央控制器，将中央控制器联接于第一行程传感器，将中央控制器联接于第一比例阀；
步骤104：推进油缸伸缩以推进盾构机，利用第一行程传感器获取推进油缸的行程，并将推进油缸的行程反馈给中央控制器；
步骤105：中央控制器将获取的推进油缸的行程与盾构机的预定轨迹进行比较，利用pid算法计算出推进油缸的行程修正偏差；
步骤106：中央控制器根据推进油缸的行程修正偏差控制第一比例阀做出调整，调节推进油缸的伸缩。
本实施例中，第一行程传感器、中央控制器和第一比例阀构成了一个闭环控制系统，用于控制推进油缸的伸缩；可实时计算出推进油缸的行程修正偏差，利用中央控制器控制第一比例阀做出调整(具体是指调整第一比例阀的阀口的开口大小)，进而实现推进油缸伸缩的调节，以此达到盾构机姿态修正的目的；利用本实施例中的盾构机自动姿态修正方法可以提高盾构机姿态调节的精准性。具体的，本实施例中，推进系统包括多个推进油缸和多个第一比例阀，每个第一比例阀分别控制一推进油缸；多个第一比例阀将对应的推进油缸的行程反馈给中央控制器，中央控制器根据多个推进油缸的行程绘制出推进系统的运动轨迹(本实施例中即为盾构机的运动轨迹)，将推进系统的运动轨迹和盾构机的预定轨迹进行比较，分别计算出不同推进油缸的行程修正偏差，并根据行程修正偏差控制相对应的第一比例阀的调整，进而实现对多个推进油缸伸缩的调节，实现了多个伸缩油缸的协同工作，提高了盾构机姿态修正的效率。
本发明一较佳实施例，盾构机还包括安装于推进油缸内且用于获取推进油缸的压力的第一压力传感器，中央控制器联接于第一压力传感器；
于推进油缸伸缩过程中，利用第一压力传感器获取推进油缸中的压力，并将推进油缸中的压力反馈给中央控制器；
中央控制器将获取的推进油缸中的压力与推进油缸的预定压力进行比较，计算出推进油缸的压力修正偏差，并利于pid算法计算出推进油缸的第一速度修正偏差；
并且，在调节推进油缸的伸缩的过程中，中央控制器根据推进油缸的行程修正偏差和第一速度修正偏差控制第一比例阀做出调整，调节推进油缸的伸缩。
本实施例中，通过第一压力传感器实时获取推进油缸内的压力，当推进油缸内压力大于推进油缸的预定压力时，中央控制器将推进油缸中的压力与推进油缸的预定压力进行比较，计算出推进油缸的压力修正偏差(简单的数值运算)，然后利用pid算法计算出推进油缸的第一速度修正偏差。根据第一速度修正偏差和推进油缸的行程修正偏差，对推进油缸的伸缩速度进行调节，避免因推进油缸的伸缩速度多大而导致推进油缸内的压力过大，提高推进油缸使用的安全性，延长使用寿命。
进一步的，还包括安装于盾构机的头部且用于获取盾构机的头部承受的土体压力的土压传感器，中央控制器联接于土压传感器；
于推进油缸伸缩过程中，利用土压传感器获取盾构机的头部承受的土体压力，并将土体压力反馈给中央控制器；
中央控制器将土体压力和盾构机的头部预定承受的土体压力进行比较，利用pid算法计算出推进油缸的第二速度修正偏差；
并且，在调节推进油缸的伸缩的过程中，中央控制器根据行程修正偏差、第一速度修正偏差以及第二速度修正偏差控制第一比例阀做出调整，调节推进油缸的伸缩。
本实施例中，在盾构过程中，实时获取盾构机的头部所承受的土体压力，当土体压力大于盾构机的头部预定承受的土体压力时，为保证盾构机盾构施工过程中的安全性，需要对推进油缸的伸缩(速度)进行调节；具体的，中央处理器根据pid算法计算出推进油缸的第二速度修正偏差，并根据第一程修正偏差、第一速度修正偏差以及第二速度修正偏差实现对第一比例阀的调整，进而完成对推进油缸伸缩的调节，其目的是为了保证推进油缸内的压力和盾构机的头部承受的压力都处于于安全范围内，进而保证盾构机姿态调节过程中的安全性，延长盾构机的使用寿命。
本发明又一较佳实施例，盾构机还包括铰接系统，铰接系统包括铰接油缸和用于控制铰接油缸的伸缩的第二比例阀，中央控制器联接于第二比例阀；铰接油缸中安装有用于获取铰接油缸的行程的第二行程传感器，中央控制器联接于第二行程传感器；
于推进油缸伸缩过程中，铰接油缸伸缩，利用第二行程传感器获取铰接油缸的行程，并将铰接油缸的行程反馈给中央控制器；
并且，在计算出推进油缸的行程修正偏差的过程中，中央控制器利用平行四边形法则将获取的铰接进油缸的行程和推进油缸的行程进行叠加，计算出盾构机的行程，并将盾构机的行程与盾构机的预定轨迹进行比较，利用pid算法分别计算出推进油缸的行程修正偏差和铰接油缸的行程修正偏差；
中央控制器根据铰接油缸的行程修正偏差控制第二比例阀做出调整，调节铰接油缸的伸缩。
本实施例中，通过第二行程传感器、中央控制器和第二比例阀形成一个闭环系统，实现对铰接油缸的实时控制，提高了铰接油缸的伸缩精度，进而保证盾构机姿态修正的精度。同时本实施例中，通过对推进系统和铰接系统进行同步(协同)控制，实现盾构机姿态的修正，其不仅具有较好的姿态修正精度；而且与现有技术中带有铰接系统的盾构机相比，在修正盾构机姿态时，无需停止推进系统，可以在推进的同时实现铰接系统的调节，完成对盾构机姿态的修正，具有较好的控制精度，并且大幅降低了盾构施工周期。
进一步的还包括安装于铰接油缸内且用于获取铰接油缸的压力的第二压力传感器，中央控制器联接于第二压力传感器；
于铰接油缸伸缩过程中，利用第二压力传感器获取铰接油缸中的压力，并将铰接油缸的压力反馈给中央控制器；
中央控制器将获取的铰接油缸中的压力与铰接油缸的预定压力进行比较，计算出铰接油缸的压力修正偏差，并利于pid算法计算出铰接油缸的第四速度修正偏差；
并且，在调节铰接油缸的伸缩的过程中，中央控制器根据铰接油缸的行程修正偏差和第四速度修正偏差控制第二比例阀做出调整，调节铰接油缸的伸缩。
本实施例中，通过第二压力传感器实时获取铰接油缸内的压力，当铰接油缸中的压力大于铰接油缸的预定压力时，需要对铰接油缸的速度进行修正，保证铰接油缸使用的安全性；具体的，通过中央控制器计算出铰接油缸的第四速度修正偏差，第二比例阀根据第四速度修正偏差和铰接油缸的行程修正偏差控制铰接油缸的伸缩。
参阅图1所示，本发明还公开了一种盾构机自动姿态修正系统，包括推进系统、第一行程传感器和中央控制器；其中，推进系统包括推进油缸和用于控制推进油缸伸缩的第一比例阀，第一行程传感器安装于推进油缸内，中央控制器联接于第一比例阀，第一行程传感器联接于中央控制器，中央控制器中设有比较模块和pid计算模块，比较模块中预设有盾构机的预定轨迹。本实施例中央控制器根据推进油缸的行程修正偏差控制第一比例阀做出调整，以此调节推进油缸的伸缩，达到盾构机姿态修正的目的；保证盾构机的实际的运动轨迹和预定轨迹保持在一定的误差范围内，进一步提高了盾构机姿态修正的精准性。比较模块用于对获取的推进油缸的行程与盾构机的预定轨迹进行比较；pid计算模块用于计算出推进油缸的行程修正偏差。
进一步的，推进油缸内还安装有第一压力传感器，中央控制器联接于第一压力传感器，中央控制器的比较模块中还预设有推进油缸的预定压力。通过第一压力传感器可实时获取推进油缸内的压力，并将获取到的压力信号反馈给中央控制器；比较模块还可以用对推进油缸中的压力与推进油缸的预定压力进行比较。
本发明还包括铰接系统和第二行程传感器；其中，铰接系统包括铰接油缸和用于控制铰接油缸伸缩的第二比例阀，中央控制器联接于第二比例阀，中央控制器还设有叠加计算模块，第二行程传感器安装于铰接油缸内且联接于中央控制器。本实施例中，通过铰接系统和推进系统协同工作，实现对盾构机姿态的修正；在盾构施工的同时进行姿态的修正，提高了姿态修正的效率，同时具有更好的修正精度。叠加计算模块利用平行四边形法则对铰接进油缸的行程和推进油缸的行程进行叠加，并计算出所述盾构机的行程。
进一步的，铰接油缸内还安装有第二压力传感器，中央控制器联接于第二压力传感器，中央控制器的比较模块中预设有铰接油缸的预定压力。通过第二压力传感器实时获取铰接油缸内压力，并将铰接油缸内的压力信号反馈给中央控制器。比较模块还可将铰接油缸中的压力与铰接油缸的预定压力进行比较，计算出铰接油缸的压力修正偏差。
本发明中，盾构机的头部安装有土压传感器，中央控制器的联接于土压传感器，中央控制器的比较模块中预设有盾构机的头部预定承受的土体压力。通过土压传感器实时获取盾构机的头部所承受的土体的压力，并将其反馈给中央控制器。比较模块还可用于对土体压力和盾构机的头部预定承受的土体压力进行比较。
本发明中，推进系统包括多个推进油缸，每个推进油缸各联接一个第一比例阀；铰接系统包括多个铰接油缸，每个铰接油缸各联接一个第二比例阀。通过中央控制器实现铰接系统和推进系统的协同工作，在保证盾构机姿态修正精度的同时提高了姿态调节的效率。
实际使用中，由于中央控制器上的接口端数量有限，为保证盾构机自动姿态修正系统中各构件之间的联接和控制，本发明中的中央控制器还联接有第一控制器和第二控制器，第一控制器联接于第一比例阀，第二控制器联接于第二比例阀；具体的，第一行程传感器联接于中央控制器并将推进油缸的行程反馈给中央控制器，中央控制器计算出各推进油缸的行程修正偏差并传输给第一控制器，通过第一控制器控制各第一比例阀做出调整，进而实现对各推进油缸伸缩的调节；第二行程传感器联接于中央控制器并将推进油缸的行程反馈给中央控制器，中央控制器计算出各铰接油缸的行程修正偏差并传输给第二控制器，通过第二控制器控制各第二比例阀做出调整，进而实现对各铰接油缸伸缩的调节。利用第一控制器、第二控制器和中央控制器实现了铰接系统和推进系统的联动，保证了盾构机姿态修正的精度和速度。
本发明中，中央控制器为可编程运动控制器，其可实现数据的接收、传递和运算；具体的，本发明中的中央控制器自带pid算法；中央控制器包括比较模块、叠加计算模块和pid计算模块等。
本发明中，既可以仅通过推进系统对盾构机的姿态进行修正，还可以通过对推进系统和铰接系统协同调节(联动)，实现盾构机姿态的修正。其中，利用推进系统和铰接系统协同调节中还可细分为以下两种调节方式，具体如下：
(1)将推进系统仅作为盾构机前进的推力，利用铰接系统独立完成盾构机姿态的修正；
(2)同时对推进系统和铰接系统中的推进油缸和铰接油缸进行伸缩调节，协同完成对盾构机姿态的修正。
本发明一种盾构机自动姿态修正系统及修正方法的有益效果包括：
1.可实时对盾构机的姿态进行修正，具有较好的修正效率。
2.可以实现铰接系统和推进系统的同步调节，提高了盾构机姿态修正的精度，加快了盾构机姿态调节的效率。
3.可实现对推进油缸和铰接油缸的伸缩进行闭环控制，保证最终盾构机姿态修正的准确性；通过对推进油缸和铰接油缸的伸缩进行闭环控制，同时还避免推进油缸和铰接油缸的缸内压力过大，保证使用的安全性。
4.结构简单，便于盾构机姿态的修正。
以上结合附图及施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。