试析基于ls-svm的盾构密封舱土压建模仿真研究

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1、大连理工大学硕士学位论文基于LS-SVM的盾构密封舱土压建模仿真研究姓名：刘任喜申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：邵诚20091201人连理I：人学硕l：学何论文摘要密封舱土压是盾构掘进过程中一个非常重要的控制参数，压力失衡将导致地表坍塌等严重的]：程事故。但现在的施-r[多是人工控制操作，控制精度较低。因此，实现盾构掘进过程的自动控制足当前自动化领域研究的热点问题。目前对土压平衡盾构系统的研究多集中在诸如推进系统、排渣系统等一些相对独立的领域罩，这些研究都没有考虑其整体特性，且都未考虑刀盘转速的影响，无法反映盾构掘进过程中盾机

2、的整体性能。而在研究方法上多采用神经网络、模糊算法等，并未得出具体的模型形式。再加上盾构施工现场情况复杂，影响土压的因素较多，而且实验研究需要较大的投资，所以，目前大部分土压平衡盾构系统的分析与设计都是依赖工程实践经验。基于此，本文提出一种建立盾构土压模型的方法，结合现场施工数据，对土压平衡盾构施工过程中的特性进行研究，为实际盾构施工工程提供指导与参考。由于建立土压平衡盾构系统的机理模型比较困难。因此，本文在广泛研究国内外盾构理论的基础上，基于盾构掘进过程的机理分析，初步确定土压值与刀盘转速、总推力、螺旋输送机转速及推进速度有关。进一步，利用主元

3、分析方法来估计土压值与这些因素的相关性强弱，得出结论：推进速度、螺旋输送机转速、刀盘转速及总推力为土压值的主元。基于此，首先对现场采集数据进行数据预处理；其次，利用最小二乘支持向量机(LS—SVM)方法，结合现场施工数据，选用六种核函数来对土压进行建模分析，并引入均方根误差(RMSE)和绝对平均值百分误差(MAPE)来评价该模型的预测精度，进而确定采用二次多项式核函数建立的土压模型其估计能力较好；最后，通过仿真试验验证了该模型的有效性。并结合MAPE评价标准，比较LS．SVM模型与BP神经网络模型的估计能力，试验表明LS．SVM模型有较好的估计能

4、力和推广能力。关键词：土压平衡；盾构；LS-SVM；BP；土压模型基丁．LS．SVM的盾构密封舱十压建模与仿真研究ModelingAndSimulationOfShieldSealedCable’SEarthPressureBasedOnLS—SVMAbstractTheearthpressureofthesealedcabinisaveryimportantcontrollingparameterandisintimatelyrelatedtothestabilityofexcavatedsurfaceanddeformationofgroun

5、d．However．atpresent，mostconstructionsaremanualoperationsandcontrols，whichleadtolowcontrolaccuracy．111uS．therealizationofautomaticcontrolduringtheexcavationofShieldisahottopicinthepresentautomationresearch．Atpresent，mostoftheresearchesarefocusonsomerelativelyindependentareas，s

6、uchasPropulsionSystemorCastingSystem。彻7ileresearchonthewholecharacteristicofEPBshieldsystemisrelativelylessandexcludetheconsiderationofaffectofthespeedofcutterhead．Theresultisthatitcan’treflecttheoverallperformanceduringtheexcavationofshield．Intheotherside，theresearchmethods，

7、suchasArtifieialNeuralNetworksorFuzzyAlgorithm，whichCan’tgetaspecificformofthemodel．Inaddition,thesituationoftheconstructionofshieldiscomplexandtherearemanyfactorsthatcouldaffecttheearthpressure．Moreover,itgenerallyrequireslotsofinvestmentinequipmentstoperformonsitetestorexpe

8、rimentsofphysicalmodelwhichsetbacktheprocessofresearch．Therefore，mos