土压平衡盾构机及其推进速度预测方法、装置、介质与流程

技术特征：
1.一种土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，包括：预先基于带外生变量的自回归模型，并根据土压平衡盾构机推进速度子系统的输入数据和输出数据构建推进速度arx模型结构；所述推进速度arx模型结构的输出信号为推进速度实际值，控制输入为推进速度设置信号，推进过程中间变量为土压、刀盘转速和总推进力；基于所述推进速度arx模型结构，调用预设模型拟合标准方法和模型优化算法，根据所述土压平衡盾构机推进速度子系统在不同时段移动窗口的输入数据和输出数据计算不同时段窗口的推进速度arx模型；根据当前时段窗口的推进速度arx模型和下一时段窗口的推进速度arx模型的预设模型拟合标准值之间的数值关系，确定下一时段窗口所采用的推进速度arx模型。2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述推进速度arx模型结构为：式中，y0为偏移；a1,a2,
…
,a
ny
、b1,b2,
…
,b
nu
、c1,c2,
…
,c
nd
为回归系数矩阵，ny，nu，nd是模型阶次；u(k
‑
f)为推进速度第k
‑
f个采样时刻的设置信号，f≥1，f为u的纯滞后时间，k为第k个采样点；y(k)、y(k
‑
1)、y(k
‑
ny)分别为第k个采样时刻、第k
‑
1个采样时刻、第k
‑
ny个采样时刻推进速度的测量值；d(k
‑
g)为推进过程中第k
‑
g个采样时刻的中间变量，g≥1，g为推进过程中间变量的纯滞后时间；ε(k)为建模误差。3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述推进速度arx模型的待辨识参数包括回归系数矩阵和偏移；所述根据所述土压平衡盾构机推进速度子系统在不同时段移动窗口的输入数据和输出数据计算不同时段窗口的推进速度arx模型包括：获取所述土压平衡盾构机推进速度子系统在当前时段窗口的采样数据，所述采样数据包括所述当前时段窗口内第i段数据的第一个和第n
i
个数据的推进速度测量数据、第i段数据的第一个和第n
i
个数据的推进速度设置信号、第i段数据的第一个和第n
i
个数据的推进过程中间变量；i为所述当前时段窗口内连续推进作业数据段的编号，i＝1，2，
…
，i，i为所述当前时段窗口内连续推进作业数据段的个数，n
i
为第i段数据的长度；基于最小信息化准则aic确定所述推进速度arx模型的阶次，根据所述推进速度arx模型结构及所述采样数据对推进速度进行一步向前预测，得到所述推进速度的预测输出值；对所述当前时段窗口的推进速度arx模型的预测输出值与实际输出值的偏差进行极小化处理，得到所述当前时段窗口的推进速度arx模型的待辨识参数的估计值。4.根据权利要求3所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述当前时段窗口的推进速度arx模型的待辨识参数的估计值为其中，y
i
＝(y
i
(n 1),y
i
(n 2),...,y
i
(n
i
))
t
，n＝max([ny,f nu,g nd])，t表示矩阵转置，为所述推进速度arx模型的待辨识参数对应变
量的集合，为第i＝i段的推进速度arx模型的待辨识参数，为推进速度测量数据向量集合，为第i＝i段的推进速度测量数据向量的转置。5.根据权利要求4所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述推进速度arx模型的阶次为取aic最小值对应的模型阶次；所述推进速度arx模型的最优阶次根据阶次计算关系式计算得到，所述阶次计算关系式为：式中，(ny*,nu*,nd*)为所述推进速度arx模型的最优阶次，s为所述推进速度arx模型的待辨识参数的总个数。6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述基于所述推进速度arx模型结构，调用预设模型拟合标准方法和模型优化算法，根据所述土压平衡盾构机推进速度子系统在不同时段移动窗口的输入数据和输出数据计算不同时段窗口的推进速度arx模型包括：基于所述预设模型拟合标准、根据所述土压平衡盾构机推进速度子系统在当前时段移动窗口的输入数据和输出数据，采用最小二乘法计算所述推进速度arx模型的待辨识参数估计值；基于所述推进速度arx模型结构，根据所述根据待辨识参数估计值得到不同时段窗口的推进速度arx模型。7.根据权利要求1至6任意一项所述的土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法，其特征在于，所述推进速度arx模型的阶次为取aic最小值对应的模型阶次，所述根据当前时段窗口的推进速度arx模型和下一时段窗口的推进速度arx模型的预设模型拟合标准值之间的数值关系，确定下一时段窗口所采用的推进速度arx模型包括：所述当前时段窗口的第一推进速度arx模型的aic值为第一aic值，所述下一时段窗口的第二推进速度arx模型的aic值为第二aic值；根据所述推进速度arx模型结构、所述土压平衡盾构机推进速度子系统在所述当前时段窗口和所述下一时段窗口的输入数据和输出数据、采用所述模型优化算法计算得到总推进速度arx模型，所述总推进速度arx模型的aic值为第三aic值；判断所述第一aic值和所述第二aic值的和值是否小于所述第三aic值；若是，在所述下一时段窗口采用所述第二推进速度arx模型；若否，在所述下一时段窗口采用所述总推进速度arx模型。8.一种土压平衡盾构机推进速度自适应预测装置，其特征在于，包括：模型构建模块，用于预先基于带外生变量的自回归模型，并根据土压平衡盾构机推进速度子系统的输入数据和输出数据构建推进速度arx模型结构；所述推进速度arx模型结构的输出信号为推进速度实际值，控制输入为推进速度设置信号，推进过程中间变量为土压、刀盘转速和总推进力；模型计算模块，用于基于所述推进速度arx模型结构，调用预设模型拟合标准方法和模型优化算法，根据所述土压平衡盾构机推进速度子系统在不同时段移动窗口的输入数据和
输出数据计算不同时段窗口的推进速度arx模型；参数自适应调整模块，用于根据当前时段窗口的推进速度arx模型和下一时段窗口的推进速度arx模型的预设模型拟合标准值之间的数值关系，确定下一时段窗口所采用的推进速度arx模型。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有土压平衡盾构机推进速度自适应预测程序，所述土压平衡盾构机推进速度自适应预测程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法的步骤。10.一种土压平衡盾构机，其特征在于，包括速度控制器和如权利要求8所述土压平衡盾构机推进速度自适应预测装置，所述速度控制器和所述土压平衡盾构机推进速度自适应预测装置相连接；所述土压平衡盾构机推进速度自适应预测装置用于将下一时刻窗口的推进速度预测值发送至所述速度控制器；所述速度控制器用于根据所述推进速度预测值控制土压平衡盾构机在下一时刻的推进速度。

技术总结
本申请公开了一种土压平衡盾构机推进速度自适应预测方法、装置、计算机可读存储介质及土压平衡盾构机。方法包括基于ARX，并根据土压平衡盾构机推进速度子系统的输入、输出数据构建推进速度ARX模型框架；推进速度ARX模型的输出信号为推进速度实际值，控制输入为推进速度设置信号，推进过程中间变量为土压、刀盘转速和总推进力。根据推进速度ARX模型框架，调用预设模型拟合标准方法和模型优化算法，根据土压平衡盾构机推进速度子系统在不同时段移动窗口的输入、输出数据计算不同时段窗口的推进速度ARX模型。根据当前时段窗口和下一时段窗口的模型的预设模型拟合标准值确定下一时段窗口所采用的推进速度ARX模型，实现对土压平衡盾构机推进速度的精确预测。衡盾构机推进速度的精确预测。衡盾构机推进速度的精确预测。


技术研发人员：刘飞香 蔡杰 彭辉 刘芳 李雨薇 陆建华 冉渊
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2021/9/9