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龙图腾网获悉中交天和机械设备制造有限公司申请的专利一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115951624B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-11发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211283564.1，技术领域涉及：G05B19/05；该发明授权一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制系统及方法是由丁晓辉;徐胜;康庆阳;吴海祥;周宇;杨正凡;王慈航;王振林;李嘉伟设计研发完成，并于2022-10-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制系统及方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制系统及方法，系统包括垂直导向系统、PLC、上位机和推进系统；所述垂直导向系统监测竖向TBM的位姿状态并传输给上位机，上位机结合从PLC读取的TBM推进系统各传感器的数据，计算出分区压力设定值百分比，由PLC对推进系统进行各分区推力调节。本发明建立竖向TBM相对于竖井施工轴线位姿关系的数学模型，利用算法自动线性调节各推进分区的推力大小，以改变推力力心的方法实现姿态纠偏，在纠偏过程中，确保各分区推力在刀盘上均匀分布、且推力线性变化，相较于人为操作降低了刀盘和刀具的损耗，摆脱了对施工经验的依赖，降低了人为失误带来的施工风险。

本发明授权一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种自动纠偏竖向TBM的姿态控制方法，其特征在于：姿态控制系统包括垂直导向系统、PLC、上位机和推进系统； 所述垂直导向系统监测竖向TBM的位姿状态并传输给上位机，上位机结合从PLC读取的TBM推进系统各传感器的数据，计算出分区压力设定值百分比，由PLC对推进系统进行各分区推力调节，所述推进系统包括根据推进油缸划分的分区，每个分区的推进油缸上设有监测油缸有杆腔压力的有杆腔压力传感器和监测无杆腔压力的无杆腔压力传感器； 在水平面上建立坐标系X轴、Y轴，计划轴线是穿过坐标原点且垂直于水平面的轴线，所述垂直导向系统将竖向TBM的位姿状态投影在在水平面上，并根据其投影分别与X轴和Y轴的位置关系，在每个轴向上将位姿状态转化为量化指标倾斜角和偏移量，包括尾部X轴偏差、尾部Y轴偏差、X轴俯仰角和Y轴俯仰角； 所述尾部X轴偏差是竖向TBM尾部相对于计划轴线在X轴向上的偏差值，所述尾部Y轴偏差是竖向TBM尾部相对于计划轴线在Y轴向上的偏差值，所述X轴俯仰角是竖向TBM与水平面之间夹角在X轴上的分量，所述Y轴俯仰角是竖向TBM与水平面之间夹角在Y轴上的分量； 上位机根据竖向TBM的历史掘进数据作为目标总推力，通过垂直导向系统监测的竖向TBM姿态数据结合目标力心得到各分区目标推力，再结合传感器监测的有杆腔压力，得到无杆腔压力，计算出推进油缸分区压力设定值百分比数据，并传给PLC控制推进油缸运动； 包括以下步骤： （1）竖向TBM根据近阶段平均总推力作为目标总推力值； （2）将竖向TBM的姿态投影在X轴向和Y轴向上，垂直导向系统将姿态投影量化为：尾部X轴偏差、尾部Y轴偏差、X轴俯仰角、Y轴俯仰角，然后依据上述数据将姿态进行细分； 在水平投影面上，定义推进某一分区中心相对于竖向TBM中心在水平投影上的方向为X轴正方向，X轴正方向逆时针旋转90°为Y轴正方向，将偏转的姿态表示为竖直轴线和竖向TBM短线箭头的相对位置关系，箭头方向是竖向TBM的掘进方向趋势，遵循左负右正、上尾下头的规则； 根据头部偏差、俯仰角、尾部偏差将竖向TBM的姿态进行细分： ①竖向TBM与竖直轴线存在负值的尾部偏差、头部偏差和俯仰角； ②竖向TBM与竖直轴线存在负值的尾部偏差、头部偏差，不存在俯仰角； ③竖向TBM与竖直轴线存在负值的尾部偏差、头部偏差以及正值的俯仰角； ④竖向TBM与竖直轴线存在负值的尾部偏差以及正值的头部偏差和俯仰角； ⑤竖向TBM与竖直轴线存在正值的尾部偏差、头部偏差和俯仰角； ⑥竖向TBM与竖直轴线存在正值的尾部偏差、头部偏差，不存在俯仰角； ⑦竖向TBM与竖直轴线存在正值的尾部偏差、头部偏差以及负值的俯仰角； ⑧竖向TBM与竖直轴线存在正值的尾部偏差以及负值的头部偏差和俯仰角； （3）然后根据不同的位姿状态得出目标推力力心，再根据各分区油缸的位置关系、所有分区推力在同一矢量平面的原则，计算出各个分区油缸目标推力； 确定目标推力力心过程，对照步骤（2）细分的竖向TBM的姿态，计算出目标推力力心相对刀盘中心的偏移量（Δx，Δy）： （1） （2） 其中，R代表推进油缸在水平面上形成圆的半径，、分别代表X轴俯仰角、Y轴俯仰角，、分别代表尾部X轴偏差、尾部Y轴偏差； （4）最后基于各分区油缸推力和当前的有杆腔压力求得无杆腔目标压力，根据实时检测的无杆腔压力，结合模糊PID算法计算出下一时刻的分区压力设定值百分比，将无杆腔压力逐步调节至无杆腔目标压力； （5）依此迭代时间、无限循环。

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