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专利号: 2022100112497
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-02-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种抑制风力随机扰动的缆机运行线路规划方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:建立缆机吊罐工作过程中的运输路径约束条件,包括时间约束条件、碰撞约束条件和高度约束条件;

S2:确定缆机吊罐运行路径的相关影响因素,包括工期、机械使用效率和空间暴露风险;

工期计算方式如下:

ts=ta+tb+tc

式中,ts为缆机重载运输的工期;ta、tb、tc分别为缆机重载运输加速、匀速、减速时间;

la、lb、ln分别为缆机重载运输加速、匀速、减速运行水平距离;vn为小车运行最大水平速度;

ae、ab分别为小车重载运输加速度和减速度;Ix装料点到卸料点的水平距离;

机械使用效率计算步骤如下:

S21:根据缆机吊罐影响空间内的仓面施工机械各时刻工作状态rk与缆机一次往返时间Ta,计算仓面施工机械的有效工作时间Tk:S22:机械使用效率η可表示为:

式中:rk为0‑1变量,当施工状态为有效运行状态时,rk=1;当施工状态为等待、避让非有效施工状态时,rk=0;

空间暴露风险计算步骤如下:

S23:吊罐出现在空间暴露区域的概率P2等于吊罐出现在空间暴露区域中的时间ta与缆机往返运行时间Ta之比:S24:根据缆机与仓面振捣机械同时上下作业时重叠部分的宽度cy和振捣机械宽度cd,计算空间暴露区域占据振捣机械数量Os为:S25:振捣机械出现在空间暴露区域的时间tz可表示为:式中:R为振捣机械振动半径,tr为振捣机械在一个插点的作用时间,tm为相邻插点之间的移动时间,k为仓面施工振捣机械数量,cx为重叠部分的长度;

S26:根据某一层工作面混凝土总需求量及吊罐体积,该层总施工时间为:式中:Tz为某一层坝体缆机总施工时间,wx为待浇仓面长度,wy为待浇仓面宽度,σ为松铺系数,c为分仓层厚度,Q为吊罐体积;

S27:在风速条件下,振捣机械出现在空间暴露区域的概率P3为振捣机械出现在空间暴露区域的时间tz与浇筑层施工总时间Tz之比:S28:根据坝址附近各级风速vf的概率P1,若鲁棒控制风速为vlb,利用联合概率得到风力作用下的浇筑空间暴露风险的期望值E:S3:结合运输路径约束条件,以工期、机械使用效率以及空间暴露风险为目标,建立缆机运行路径多目标优化模型;

缆机运行路径多目标优化模型建立步骤如下:

S31:根据现场施工情况划定重叠区域,确定施工设备参数,F1为工期目标,F2为机械使用效率目标,F3为空间暴露风险目标;

S32:通过对工期ts、机械使用效率η和空间暴露风险E的缆机运行路径影响因素进行分析,得到缆机运行路径优化多目标函数;

S4:采用多目标鲁棒优化方法,构建缆机运行路径多目标鲁棒优化模型;

S5:采用交叉熵进化算法,通过快速非支配排序及适应度值的分配获取多目标折中解集,实现解集向帕累托前沿逼近并获得帕累托最优解。

2.根据权利要求1所述的一种抑制风力随机扰动的缆机运行线路规划方法,其特征在于:所述步骤S1中,缆机吊罐工作过程中的运输路径约束条件建立步骤如下:S11:在不超过某一层坝体缆机最长施工工期Tzmax条件下,时间约束条件表示为:Tz≤Tzmax

式中,Tz为某一层坝体缆机总施工时间;

S12:假设吊罐位置为(xi,yi,zi),障碍物的坐标为(x0,y0,z0),则吊罐与障碍物之间的最小距离Dmin表示为:根据驾驶员的响应时间随机性k1、绳索摆动k2和风压k3对缓冲距离Dh的影响,考虑缆机的速度vi以及正常制动加速度ai,则缓冲距离Dh表示为:碰撞约束条件可表示为:

Dh≤Dmin

S13:假设L为装料点到卸料点的垂直距离,h为吊罐高度,Hlb为鲁棒控制高度,hd为吊罐底端距离坝面距离,高度约束条件表示为:L‑(hd+h)≤Hlb。

3.根据权利要求1所述的一种抑制风力随机扰动的缆机运行线路规划方法,其特征在于:所述步骤S4中,构建缆机运行路径多目标鲁棒优化模型的过程如下:S41:假设缆机运行往返时间Ta、风速vf和缆机运行高度,不确定参数分布于有界对称区间且分布信息未知,将不确定参数用box不确定集合表示;

S42:缆机往返时间 是不确定风力在时间约束上的参量,Ta为参量的标称值,为扰动量,不确定性集合遵循如下约束:S43:确定某一层坝体缆机总施工时间 吊罐底端距离坝面距离 和风速 分别为不确定风力在时间、高度和风速度约束上的参量,其表达形式为:Ωj={ξ||ξj|≤Γj,ξj∈[‑1,1],Γj∈[0,1]}式中:Ωj为ξj的多面体集合,ξj为不确定系数,Γj为鲁棒测度, 和 分别为不确定风力在时间、高度和风速上的扰动量;

S44:消除工期目标F1、机械使用效率目标F2和空间暴露风险目标F3不同目标之间量纲的差异性,对多目标鲁棒性模型标准化处理:式中:f1、f2和f3分别为工期、机械使用效率和空间暴露风险评估值,Tp为缆机往返一次的计划运输时间。

4.根据权利要求1所述的一种抑制风力随机扰动的缆机运行线路规划方法,其特征在于:所述步骤S5中实现帕累托最优解的步骤如下:S51:输入缆机运输路径所需信息,包括吊罐尺寸Q、加速度ae、减速度ab和匀速度vn,设置仓面作业振动机械的参数和待浇仓面尺寸,初始化装料点、卸料点、最大计算次数和鲁棒测度Γj,利用参数生成初始路线;

S52:对于路线总体,分别计算不同Γ值下的鲁棒单目标优化和多目标优化函数值,通过快速非支配排序和适应度值分配,获得缆机运行路径鲁棒优化第一代亚群;

S53:利用平滑操作提升均值和方差向量参数的稳定性,进行参数更新,通过对比进化个体之间的异同,得到个体的进化方向;

S54:通过更新均值和方差,产生新的子代,并利用非支配排序,对子代个体进行择优选择;

S55:若新路径种群达到最大计算次数,则得到帕累托最优解,并终止整个路径优化。