The Development and Nonlinear Adaptive Robust Control of the Air Chamber Pressure Regulation System of a Slurry Pressure Balance Shield Tunneling Machine

泥浆 护盾 非线性系统 平衡(能力) 控制理论(社会学) 压力控制 自适应控制 工程类 机械工程 控制工程 机械 控制(管理) 地质学 物理 计算机科学 环境工程 人工智能 心理学 岩石学 量子力学 神经科学
作者
Shuai Wang,Yakun Zhang,Guofang Gong,Huayong Yang
出处
期刊:Machines [MDPI AG]
卷期号:12 (7): 457-457
标识
DOI:10.3390/machines12070457
摘要

The rapid and accurate control of air chamber pressure in slurry pressure balance (SPB) shield tunneling machines is crucial for establishing the balance between slurry pressure and soil and water pressure, ensuring the stability of the support face. A novel air chamber pressure control method based on nonlinear adaptive robust control (ARC) and using a pneumatic proportional three-way pressure-reducing valve is proposed in this paper. Firstly, an electric proportional control system for the air chamber pressure is developed. Secondly, a nonlinear state space model for the air chamber pressure regulation process is established. Utilizing experimental data from the SPB shield tunneling machine test bench, nonlinear adaptive identification is conducted through the nonlinear recursive least square algorithm. The results demonstrate the model’s effectiveness and accuracy. Then, a nonlinear ARC for air chamber pressure is designed based on the backstepping method, and its Lyapunov stability is proved. Finally, the feasibility and effectiveness of the controller designed in this paper is verified through simulation and experiments. The results demonstrate that the developed control system can compensate for the nonlinearity and disturbance in the air chamber pressure regulation process. It can achieve good transient and steady-state performance and has good robustness against uncertainty.
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