适用于混凝土节段梁短线预制法的智能调节方法及系统与流程

本发明属于桥梁节段梁预制，更具体地，涉及一种适用于混凝土节段梁短线预制法的智能调节方法及系统。

背景技术：

1、随着交通基础设施建设向工业化、智能化转型，短线法预制拼装工艺凭借其占地面积小、线形适应性强、施工周期短等显著优势，已成为大跨度预制混凝土节段梁生产的主流工艺。该工艺的核心机理在于匹配浇筑，即利用已浇筑完成并达到一定强度的预制混凝土节段梁作为匹配梁，通过精密调节其在三维空间中的六自由度姿态（包括三个平移自由度与三个旋转自由度），使其与待浇筑节段梁的端模实现高精度的几何线形匹配，从而保证成桥后的整体线形平顺度与结构受力性能。在这一过程中，匹配梁姿态调节的精度与稳定性直接决定了预制节段梁的制造质量，是短线法工艺中的关键控制环节。

2、在现有的工程实践与技术发展中，为克服传统人工拉线定位效率低、精度差的问题，业内已逐步引入智能化测控系统与液压调节智能台车。现有的主流技术方案通常采用分布式多点液压千斤顶作为执行机构，支撑并驱动匹配梁段进行空间姿态调整；在控制策略层面，多采用模糊控制器或基于离线静态雅可比矩阵的几何映射算法，将目标姿态偏差解算为各液压千斤顶的伸缩量指令，以期实现匹配梁的自动化位姿纠偏。此类技术在一定程度上替代了机械试凑作业，提升了施工的机械化水平，构成了当前预制梁场智能化升级的基础技术框架。

3、然而，上述现有技术及现有的常规智能调节方案在实际工程应用中，仍面临以下技术瓶颈：现有控制算法（如模糊控制或基于离线静态雅可比矩阵的几何映射）在处理大吨位、大行程的连续空间运动时，往往忽略了机械支撑点在非同步顶升过程中的三维坐标与受力角度的动态连续变化；静态几何映射在实际物理世界中会产生非线性的几何截断误差，导致控制指令在逼近目标三维坐标时发生数学失真，引发调节系统的反复物理震荡；其次，在真实的液压驱动系统中，受管路沿程阻力差异、负载分布不均及油液压缩性等因素影响，各液压千斤顶的动态响应特性存在固有差异；而现有方案多采用各执行器彼此独立的单回路控制，缺乏对多缸协同运动的约束与补偿；这导致动作快的千斤顶先到达指定位置，而动作慢的千斤顶产生执行滞后，这种时间维度的异步执行会在三维空间中衍生出高频的寄生自旋与摆动扰动；该扰动与前述几何截断误差相互叠加，进一步加剧了预制混凝土节段梁姿态调节的不稳定性，严重制约了短线法预制拼装工艺的智能化水平与成品质量。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种适用于混凝土节段梁短线预制法的智能调节方法及系统，通过将精确位姿感知、动态几何映射、内力优化、同步协作与智能收敛判据有机融合，实现了从感知、解算、力控、同步到收敛判定的全链路闭环优化，有效克服了现有技术中空间映射截断误差与异步耦合扰动的技术瓶颈，显著提高了短线法匹配调节的精度、稳定性与效率。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种适用于混凝土节段梁短线预制法的智能调节方法，包括如下步骤：

3、s1：通过独立测量单元获取预制混凝土节段梁的测点三维坐标，与理论设计坐标比对，分离拼缝截面平移偏差与旋转偏差，合成拼缝截面空间综合偏差向量；

4、s2：引入广义逆矩阵消除智能台车冗余机构多解震荡，将拼缝截面空间综合偏差向量进行数学映射，解算出多台液压千斤顶需执行的基础几何行程；

5、s3：利用智能台车冗余机构的零空间特性，在保持预制混凝土节段梁六自由度空间姿态恒定前提下，对智能台车各液压千斤顶的支撑力进行重分配，释放局部集中内应力；

6、s4：在液压伺服驱动环节，采用基于当前误差的负反馈修正策略下发指令，以消除各液压千斤顶协同执行时的异步扰动；

7、s5：在基于当前误差的负反馈修正调节末端，解耦预制混凝土节段梁拼缝截面的平移残差与旋转残差，引入双归一化基准构建高斯衰减置信度模型，以判定调节是否达标并触发停机。

8、进一步地，所述步骤s1包括：

9、s101：所述独立测量单元包括布置于预制场地固定基准点上的自动照准全站仪及预埋在预制混凝土节段梁顶部的多个承插式棱镜，通过所述自动照准全站仪自动搜寻所述承插式棱镜，获取各个承插式棱镜的实时空间三维坐标数据；

10、s102：基于实时空间三维坐标数据，通过空间几何平均算法计算得出预制混凝土节段梁拼缝截面的实际质心空间位置，并通过向量减法解算出拼缝截面平移偏差向量；

11、s103：采用空间平面最小二乘法拟合算法，构建拼缝截面的实际空间平面并提取实际法向量，与理论法向量进行向量叉乘与范数运算，解耦出仅表征空间角度偏转的拼缝截面旋转偏差向量；

12、s104：将拼缝截面平移偏差向量与拼缝截面旋转偏差向量进行级联操作，合成统一状态量，生成拼缝截面空间综合偏差向量。

13、进一步地，所述步骤s2包括：

14、s201：依据智能台车处于水平基准初始状态时各液压千斤顶的空间三维物理安装坐标点阵建立智能台车雅可比矩阵，并通过奇异值分解算法求取该矩阵的智能台车运动学伪逆矩阵；

15、s202：基于拼缝截面空间综合偏差向量，并对数据矩阵的维数进行合规性校验，以确保综合偏差向量与智能台车运动学伪逆矩阵的列数严格对齐；

16、s203：将标定好的智能台车运动学伪逆矩阵与实时接收的拼缝截面空间综合偏差向量进行矩阵乘法运算，将六自由度空间姿态偏差降维映射为各个液压千斤顶所需执行的直线位移量。

17、进一步地，所述步骤s3包括：

18、s301：基于预先安装在智能台车各个液压千斤顶底部的载荷传感器实时采集实际支撑压力数据，将实际支撑压力数据与设定的刚体均载安全阈值进行比较求差，通过压力与位移柔度系数将其转换为等效的虚拟位移补偿量，生成内力重分配补偿向量；

19、s302：基于前期标定的智能台车雅可比矩阵及其智能台车运动学伪逆矩阵，构建零空间投影矩阵；

20、s303：将获取的内力重分配补偿向量，经过零空间投影矩阵进行数学投影过滤，随后叠加至基础液压千斤顶行程调节量向量上，生成同时兼顾姿态调节与应力释放的综合控制目标指令。

21、进一步地，当载荷传感器反馈的所有液压千斤顶的压力数据均未超过刚体均载安全阈值时，在该控制采样周期内将内力重分配补偿向量强制置为零向量，此时液压千斤顶不进行内应力释放动作。

22、进一步地，所述步骤s4包括：

23、s401：通过安装在智能台车各个液压千斤顶上的位移传感器获取实际物理伸长量，并将该实际物理伸长量与理论期望位移进行求差运算，实时提取出各个液压千斤顶当前的行程追踪误差；

24、s402：提取所有液压千斤顶当前的行程追踪误差进行极值比对，定位到当前误差绝对值最大的液压千斤顶作为基准慢缸，以预设的液压刚度常数为基准，将其他执行较快的液压千斤顶对应的增益元素按照其与基准慢缸的误差比值进行等比例衰减缩放，动态生成交叉同步比例增益对角矩阵；

25、s403：通过基于当前误差的负反馈修正策略，将衰减调制后的交叉同步比例增益对角矩阵与行程追踪误差向量进行矩阵相乘，合成最终实际下发的液压伺服控制输出指令向量。

26、进一步地，所述步骤s5包括：

27、s501：基于拼缝截面平移偏差向量与拼缝截面旋转偏差向量，通过向量范数运算，将其解耦并降维为当前平移匹配残差与当前旋转匹配残差；

28、s502：引入明确的物理容差边界作为归一化分母基准，获取平移残差归一化基准参数与旋转残差归一化基准参数；

29、s503：将实时解耦出的当前平移匹配残差与当前旋转匹配残差，以及引入的平移残差归一化基准参数与旋转残差归一化基准参数代入高斯衰减函数中，合成拼缝匹配最终置信度评分，且当拼缝匹配最终置信度评分达到设定的停机阈值且各液压千斤顶压力数据稳定时，判定预制混凝土节段梁的智能化调节完成。

30、本发明第二方面提供一种适用于混凝土节段梁短线预制法的智能调节系统，应用如上所述的智能调节方法，包括：

31、空间误差解析模块，用于通过独立测量单元获取预制混凝土节段梁的测点三维坐标，与理论设计坐标比对，分离拼缝截面平移偏差与旋转偏差，合成拼缝截面空间综合偏差向量；

32、逆运动学映射模块，用于引入广义逆矩阵消除智能台车冗余机构多解震荡，将拼缝截面空间综合偏差向量进行数学映射，解算出多台液压千斤顶需执行的基础几何行程；

33、内应力释放模块，用于利用智能台车冗余机构的零空间特性，在保持预制混凝土节段梁六自由度空间姿态恒定前提下，对智能台车各液压千斤顶的支撑力进行重分配，释放局部集中内应力；

34、负反馈控制模块，用于在液压伺服驱动环节，采用基于当前误差的负反馈修正策略下发指令，以消除各液压千斤顶协同执行时的异步扰动；

35、置信度评价模块，用于在基于当前误差的负反馈修正调节末端，解耦预制混凝土节段梁拼缝截面的平移残差与旋转残差，引入双归一化基准构建高斯衰减置信度模型，以判定调节是否达标并触发停机。

36、本发明第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的智能调节方法。

37、本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的智能调节方法。

38、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

39、1.本发明的智能调节方法，通过将精确位姿感知、动态几何映射、内力优化、同步协作与智能收敛判据有机融合，实现了从感知、解算、力控、同步到收敛判定的全链路闭环优化，有效克服了现有技术中空间映射截断误差与异步耦合扰动的技术瓶颈，显著提高了短线法匹配调节的精度、稳定性与效率。

40、2.本发明的智能调节方法，通过将空间姿态调节的控制基准直接且唯一地聚焦于预制混凝土节段梁的拼缝截面，并采用独立测量单元实现复杂六自由度空间误差的精准降维与双目标解耦，从而将采集到的三维坐标数据剥离为相互独立的拼缝截面平移偏差与拼缝截面旋转偏差，进而彻底消除全局综合误差的干扰。

41、3.本发明的智能调节方法，通过将抽象的拼缝截面空间综合偏差向量精准地转换为各台液压千斤顶所需执行的基础几何行程，确保了智能台车的动作组能够以最小的整体位移代价实现高度协同的空间姿态校准，为后续的安全调节与局部集中应力释放提供了绝对可靠的纯运动学基准。

42、4.本发明的智能调节方法，通过引入冗余机械机构的运动学零空间控制理论，能够在绝对不改变预制混凝土节段梁当前六自由度空间外部位姿的前提下，构建零空间投影算子对内力重分配补偿向量进行数学过滤与调制，使得安全、无损地将超载液压千斤顶的局部集中载荷平滑转移并分配至其他负载较低的液压千斤顶上，在达成运动学精准寻迹目标的同时，完美释放了潜在的破坏性扭转内应力。

43、5.本发明的智能调节方法，通过在算法内部建立交叉同步协调器，使得能够实时提取行程追踪误差以定位执行最慢的液压千斤顶，并通过动态衰减比例增益强制执行快的液压千斤顶减速匹配，在时间维度上将多缸的非同步执行拉齐为精准的同步运动；并且，通过严格采用最为稳定可靠的、基于当前误差的负反馈修正策略，直接摒弃了容易引发系统失稳的复杂微积分控制项，从而确保目标液压千斤顶行程综合调节量能够以极强的抗干扰能力与鲁棒性平稳下发至各个液压比例阀，实现预制混凝土节段梁空间位姿的精确、单调收敛。

44、6.本发明的智能调节方法，通过在调节末端将拼缝截面的平移残差与旋转残差进行严格降维解耦，并针对性地引入桥梁施工规范允许的物理容差边界作为双归一化基准，从而构建严谨的双基准高斯衰减置信度模型，使得不仅在底层数学逻辑上平滑了极小几何残差带来的数值扰动，还能精准反映预制混凝土节段梁刚体几何相容性与工程规范的达标率，从而确保能够在空间姿态完美契合设计要求时果断切断液压伺服指令，宣告智能化调节任务的安全、达标与彻底完成。