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JP7724652B2 - Control system, control method, and program - Google Patents
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JP7724652B2 - Control system, control method, and program - Google Patents

Control system, control method, and program

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JP7724652B2
JP7724652B2 JP2021118089A JP2021118089A JP7724652B2 JP 7724652 B2 JP7724652 B2 JP 7724652B2 JP 2021118089 A JP2021118089 A JP 2021118089A JP 2021118089 A JP2021118089 A JP 2021118089A JP 7724652 B2 JP7724652 B2 JP 7724652B2
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Description

本発明は、掘削機械の掘削方向を制御するシステム、方法およびその制御をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。 The present invention relates to a system and method for controlling the excavation direction of an excavating machine, and a program for causing a computer to execute such control.

シールド工法を用いてトンネルを掘削する掘削機械(シールド)において、掘削計画線からのずれ(偏差)を、熟練オペレータの手運転によらないで自律的に修正する自動運転システムの要求がある。このため、従来においては、操作量をジャッキ圧とし、制御量を偏差としたフィードバック制御を導入し、偏差を最小化する操作最適化コントローラの開発が各種行われてきた。 For tunnel excavation machines (shields) that use the shield method to excavate tunnels, there is a demand for an automatic operation system that can autonomously correct deviations (deviations) from the planned excavation line without relying on manual operation by an experienced operator. To address this, various operation optimization controllers have been developed to minimize deviations by introducing feedback control, where the operating variable is jack pressure and the control variable is deviation.

このようなコントローラの実装では、操作量へのシールド応答を定式化することが必要で、例えば動力学理論や経験則を参考にして構築している。また、定式化で記述しきれない未対応な要素が残る場合は、現物合わせで求める補正係数を介在させることにより対応している。このような手法により、掘削計画線が直線もしくは緩やかな曲線であれば、ほぼ自律的な運転が可能となっている。 Implementing such a controller requires formulating the shield's response to the operating variables, and this is done by referring to dynamics theory and empirical rules, for example. Furthermore, if there are any unaddressed elements that cannot be fully described by the formulation, these are addressed by incorporating correction coefficients determined by matching the actual object. This method makes it possible to operate the shield almost autonomously if the planned excavation line is a straight line or a gentle curve.

近年の錯綜した都市地下空間の開発では、三次元的な急曲線を掘削することが要求される。しかしながら、上記のコントローラでは、急曲線における偏差の修正が十分に機能せず、運転オペレータの常時補正が必要となり、自動化に逆行する状況するものとなっている。 Recent developments in complex urban underground spaces require the excavation of three-dimensional sharp curves. However, the controllers described above do not adequately correct deviations in sharp curves, requiring the operator to make constant corrections, which works against automation.

ところで、定式化が困難な問題に対し、どんな非線形関係も記述可能なアルゴリズムを活用することで解決することを可能にするニューラルネットワークを用いた技術が知られている。そこで、熟練オペレータの操作記録とその掘削実績を教師データとし、深層学習によりニューラルネットワークを学習させ、学習させたニューラルネットワークを用いて掘削状況に対応する熟練オペレータの操作を実現する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 There is a known technology that uses neural networks to solve problems that are difficult to formulate by utilizing algorithms that can describe any nonlinear relationships. One proposed technology uses the operation records of skilled operators and their excavation performance as training data, trains a neural network using deep learning, and uses the trained neural network to realize the operations of a skilled operator that respond to excavation conditions (see, for example, Patent Document 1).

特開2021-17758号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-17758

上記の従来の技術は、操作を行う頻度がある程度高い特徴量なら学習できて、熟練オペレータの望ましい操作の頻度や操作量を出力し、経験の少ない運転オペレータに対するガイダンスとして使用することができるが、不適切な操作となった場合の安全策が示されていない。これでは、実際にコントローラに実装し、シールド制御の入力に連結して、安全かつ適切にシールドの計画線に対する偏差の修正を行うことができないという問題があった。 The above-mentioned conventional technology can learn features that are relatively frequently performed, outputting the frequency and amount of operation desired by an experienced operator and can be used as guidance for less experienced operators. However, it does not provide any safety measures in the event of inappropriate operation. This poses a problem in that it cannot be actually implemented in a controller and linked to the shield control input to safely and appropriately correct deviations from the shield's planned line.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、掘削機械の掘削方向を制御するシステムであって、
掘削機械の掘削状況を示す1以上のデータを入力とし、第1の学習済みモデルを用いて一定時間後または前記掘削機械の一定距離移動後の各データを予測する第1の予測手段と、
掘削機械の制御目標値と、入力された制御予測値とに基づき、掘削機械の掘削方向を制御するための操作量を算出する制御手段と、
算出された操作量と、各データの予測値と、掘削計画線に対する掘削方向の偏差とを入力とし、第2の学習済みモデルを用いて制御手段へ制御予測値として入力するための制御量を予測する第2の予測手段と
を含み、
制御手段は、一定時間内または一定距離移動する間に、第2の予測手段から入力された制御予測値を用いて操作量を算出し、該第2の予測手段へ算出した操作量を出力することを繰り返し、操作量を最適化する、制御システムが提供される。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and provides a system for controlling the excavation direction of an excavation machine,
a first prediction means for inputting one or more data items indicating the excavation status of the excavation machine and predicting each piece of data after a certain time has elapsed or after the excavation machine has moved a certain distance using a first trained model;
a control means for calculating an operation amount for controlling the excavation direction of the excavation machine based on a control target value of the excavation machine and the input control predicted value;
a second prediction means for receiving as input the calculated operation amount, the predicted value of each data, and the deviation of the excavation direction from the excavation plan line, and predicting a control amount to be input to the control means as a control prediction value using a second trained model;
A control system is provided in which the control means calculates an operation amount using a control prediction value input from the second prediction means during a certain period of time or while moving a certain distance, and repeatedly outputs the calculated operation amount to the second prediction means, thereby optimizing the operation amount.

本発明によれば、シールド制御の入力に連結して、安全かつ適切にシールドの計画線に対する偏差の修正を行うことが可能となる。 The present invention makes it possible to safely and appropriately correct deviations from the shield's planned line by linking it to the shield control input.

シールドの構成例を示した図。FIG. 10 is a diagram showing an example of a shield configuration. シールドのジャッキ圧による偏差修正の操作例を示した図。A diagram showing an example of how deviations are corrected using shield jack pressure. 中折れ機構を有するシールドのジャッキ圧以外の外乱要因について説明する図。10A and 10B are diagrams illustrating disturbance factors other than jack pressure of a shield having a center-bending mechanism. 中折れ機構を有するシールドの掘削計画線に対する掘削方向を示す掘削線の偏差について説明する図。10A and 10B are diagrams illustrating the deviation of an excavation line indicating the excavation direction of a shield having a center bending mechanism from an excavation plan line. モデル予測制御を実行するシステムの構成例を示したブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a system that performs model predictive control. シールドの掘削状況を示すパラメータの例を示した図。FIG. 10 is a diagram showing an example of parameters indicating the excavation status of a shield. シールドの掘削方向を制御するシステムとしてのコントローラの構成例を示した図。FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a controller as a system for controlling the excavation direction of a shield. シールドを用いた掘削工事の実施手順の流れを示したフローチャート。1 is a flowchart showing the procedure for carrying out excavation work using a shield.

本発明の制御システムは、シールド工法を用いてトンネルを掘削する掘削機械(シールド)において、掘削計画線に対するシールドの掘削方向を示す掘削線の偏差を自律的に修正するシステムである。シールド工法は、鋼製の円筒であるシールドをジャッキで推し進めながら掘進し、シールドの後部で鉄製もしくはコンクリート製のブロックに分割されたトンネル覆工であるセグメントを組み立ててトンネルを構築する工法である。 The control system of the present invention autonomously corrects the deviation of the excavation line, which indicates the excavation direction of the shield, from the excavation plan line in an excavation machine (shield) that excavates a tunnel using the shield tunneling method. Shield tunneling is a construction method in which a shield, which is a steel cylinder, is pushed forward with a jack to excavate the tunnel, and segments, which are tunnel lining divided into steel or concrete blocks, are assembled at the rear of the shield to build the tunnel.

図1を参照して、シールドについて簡単に説明する。シールド10は、先端に、地山等を切削するための複数のビットを備えるカッターヘッド11を備える。カッターヘッド11は、一定の方向に回転し、先端に設けられた複数のビットにより地山等を切削する。カッターヘッド11は、トンネルの曲線部を施工する際に使用されるビットであるコピーカッターを備える。コピーカッターは、コピーとも呼ばれ、トンネルの直線部を施工する場合はカッターヘッド11の側面に収納され、余掘り(オーバーブレーク)が必要となる曲線部を施工する際に当該側面から突出し、余掘りを行う。 The shield will be briefly described with reference to Figure 1. The shield 10 has a cutter head 11 at its tip, which is equipped with multiple bits for cutting the natural ground, etc. The cutter head 11 rotates in a fixed direction and cuts the natural ground, etc., using the multiple bits attached to its tip. The cutter head 11 is equipped with a copy cutter, which is a bit used when constructing curved sections of a tunnel. The copy cutter, also known as a copy, is stored on the side of the cutter head 11 when constructing straight sections of a tunnel, and protrudes from that side to perform overbreaking when constructing curved sections that require overbreaking.

シールド10は、カッターヘッド11のすぐ後部に、シールド10の掘削方向の掘削面(切羽)の崩壊を防ぐために、土砂等を充填する空間であるチャンバー12を備える。掘削土へは、泥水や気泡等の添加剤が注入され、掘削土の流動性と止水性を向上させ、チャンバー12内での掘削土の付着を防止して、切羽の安定を保持しつつスムーズな掘進を可能にする。チャンバー12内に充填された土砂等は、スクリューコンベアー13により取り出され、ベルトコンベアー14により坑外まで送られ、排出土として処分される。 The shield 10 is equipped with a chamber 12, located immediately behind the cutter head 11, which is a space filled with soil and sand to prevent the excavation surface (face) in the direction of excavation by the shield 10 from collapsing. Additives such as muddy water and air bubbles are injected into the excavated soil to improve its fluidity and water-stopping properties, prevent the excavated soil from adhering within the chamber 12, and enable smooth excavation while maintaining the stability of the face. The soil and sand filled in the chamber 12 is removed by a screw conveyor 13 and transported to the outside of the mine by a belt conveyor 14, where it is disposed of as discharged soil.

シールド10は、セグメント15を組み立てるためのエレクター16を備える。エレクター16は、ブロックに分割状態のセグメント15を把持し、所定の位置にセグメント15をリング状に組み付ける。シールド10は、複数のシールドジャッキ17を備える。複数のシールドジャッキ17は、組み立ててきたセグメントリングを押し、シールド10を前進させる。シールドジャッキ17は、油圧式等とされ、例えばジャッキ圧によりシールドジャッキの伸縮長さ(ジャッキストローク)を変えることができる。シールドジャッキ17は、セグメントリングを組み立てた際に縮めた状態で設置し、ジャッキを伸ばすことによりシールド10を前進させる。 The shield 10 is equipped with an erector 16 for assembling the segments 15. The erector 16 holds the segments 15, which have been divided into blocks, and assembles the segments 15 into a ring shape at a predetermined position. The shield 10 is equipped with multiple shield jacks 17. The multiple shield jacks 17 push the assembled segment rings, moving the shield 10 forward. The shield jacks 17 are hydraulically operated, and the extension length (jack stroke) of the shield jacks can be changed, for example, by the jack pressure. The shield jacks 17 are installed in a retracted state when the segment rings are assembled, and the shield 10 is moved forward by extending the jacks.

シールド10は、シールド10の外殻で、土圧や水圧に抵抗する部分となるスキンプレート18と、セグメント15の背部(セグメント15と掘削したトンネル壁面との間)に注入材を注入する裏込め注入装置19とを備える。 The shield 10 comprises a skin plate 18, which is the outer shell of the shield 10 and acts as a part that resists earth pressure and water pressure, and a backfill injection device 19 that injects grout into the back of the segment 15 (between the segment 15 and the excavated tunnel wall).

次に、図2を参照して、シールド10の運転の基本として、ジャッキ圧による偏差修正の操作例について説明する。シールドジャッキ17は、略円形の掘削断面内で略円周方向に沿って複数配列されており、これら複数のシールドジャッキ17のジャッキ圧を不等分布に設定することで、シールド10の先端にあるカッターヘッド11の複数のビットを備える面板の向き(面向き)を変えるモーメントをシールド10に与えることができる。 Next, referring to Figure 2, an example of deviation correction using jack pressure will be described as the basis for operating the shield 10. Multiple shield jacks 17 are arranged approximately circumferentially within the approximately circular excavation cross section, and by setting the jack pressure of these multiple shield jacks 17 to be unevenly distributed, a moment can be applied to the shield 10 to change the orientation (face orientation) of the face plate equipped with multiple bits of the cutter head 11 at the tip of the shield 10.

図2に示す例では、掘削計画線20上をシールド10が掘進しながら、後方でセグメントリング21を組み立てており、ジャッキ圧を不等分布にして掘削計画線20の左右でジャッキストロークを変えることにより面向きが変わっている。掘削計画線20は、トンネルを掘削する設計上のルートを示す線であり、面向きは、掘削方向を示す。この例では、掘削方向が掘削計画線20からずれ(偏差)を生じており、偏差の修正が必要になっている。 In the example shown in Figure 2, the shield 10 excavates along the excavation plan line 20 while the segment ring 21 is assembled at the rear, and the jacking direction is changed by distributing the jack pressure unevenly and changing the jack stroke on the left and right sides of the excavation plan line 20. The excavation plan line 20 is a line that indicates the designed route for excavating the tunnel, and the jacking direction indicates the excavation direction. In this example, the excavation direction has deviated (deviation) from the excavation plan line 20, and the deviation needs to be corrected.

例えば、掘削計画線20に対し、左側方向へ偏差が生じている場合、面向きをその反対方向の右側方向へ角度を変えることで、面向きを掘削計画線20に沿った向きに修正することができる。このため、シールド10の左側のシールドジャッキ17のジャッキ圧を大きく、右側のシールドジャッキ17のジャッキ圧を小さくなるように制御することで、シールド10の面向きを左側から中央の掘削計画線20に沿った向きに変えるモーメントを生じさせることができる。 For example, if there is a deviation to the left of the excavation plan line 20, the face orientation can be corrected to align with the excavation plan line 20 by changing the angle of the face orientation in the opposite direction, to the right. Therefore, by controlling the jack pressure of the shield jack 17 on the left side of the shield 10 to be large and the jack pressure of the shield jack 17 on the right side to be small, a moment can be generated that changes the face orientation of the shield 10 from the left side to align with the central excavation plan line 20.

ところで、近年の錯綜した都市地下空間の開発では、既に複数のトンネルが形成され、複数の地下構造物も埋設されていることから、これらを回避するようにトンネルを形成する必要がある。このような地下空間にトンネルを形成する場合、三次元的な急曲線を掘削しなければならない。図2に示した構造のシールド10では、ジャッキ圧を不等分布に設定して面向きを変えるにしても、その角度が小さく、急曲線を掘削することができない。 However, with the recent development of complex urban underground spaces, multiple tunnels and underground structures have already been built, making it necessary to build a tunnel in a way that avoids these. When building a tunnel in such an underground space, a three-dimensional sharp curve must be excavated. With the shield 10 structure shown in Figure 2, even if the jack pressure is set to be unevenly distributed and the facing direction is changed, the angle is small, making it impossible to excavate a sharp curve.

急曲線に一致する面向きを得るためには、図3に示すように、シールド10の胴体を前後に2つに分割し、前胴22、後胴23をヒンジで連結した中間折れ曲がりを可能とする中折れ機構を備えた中折れシールドが使用される。中折れシールドは、複数のシールドジャッキ17だけではなく、中折れ機構も含めて急曲線に対応して面向きを変えることになる。 To achieve a face orientation that matches a sharp curve, a center-bending shield is used, as shown in Figure 3, in which the fuselage of the shield 10 is divided into two, front and rear, and the front fuselage 22 and rear fuselage 23 are connected by a hinge, providing a center-bending mechanism that allows the shield to bend midway. The center-bending shield changes its face orientation to match a sharp curve, not only using multiple shield jacks 17 but also the center-bending mechanism.

急曲線をカーブするときは、例えばトラックやバス等の場合、内輪差や回転中心からのオーバーハングを許容する車幅以上の空間が必要である。シールド10も、カーブするためには直線部の掘削径から拡大した同様の空間が必要となるが、その空間を自ら掘削して生み出さない限り、カーブすることができないという制約がある。 When making a sharp curve, for example in the case of trucks or buses, a space greater than the vehicle width is required to allow for wheel difference and overhang from the center of rotation. Shield 10 also requires a similar space expanded from the excavation diameter of the straight section in order to make a curve, but is restricted in that it cannot make a curve unless it excavates and creates that space itself.

そこで、シールド10がカーブするのに必要な姿勢を取り、カーブすることを可能にする空間を確保するため、コピー24により余掘りが行われる。カーブにシールド10が進行したときには、既にコピー24が必要な余掘りをそこに完了しており、シールド10は、生み出された余裕空間内で、シールドジャッキ17のジャッキストロークを操作して必要な姿勢を取ることができる。 Therefore, the copy 24 performs over-excavation to allow the shield 10 to assume the posture necessary to make the curve and to secure the space that allows it to make the curve. When the shield 10 advances to the curve, the copy 24 has already completed the necessary over-excavation there, and the shield 10 can assume the required posture within the created extra space by manipulating the jack stroke of the shield jack 17.

上記の余掘りの結果、図3に示すように、急曲線をカーブするシールド10と地山壁面との隙間は場所により直線部に比べて大きなものとなる。この隙間は、地山壁面の崩壊を防ぎ、シールド10に地山反力や摩擦力を適切に与えるよう、シールド10による掘削と撹拌で塑性流動化した掘削土砂、あるいは塑性流動性をもつ改良剤で満たされる。例えば、急曲線では、曲線の外側にくる側にシールド側面を意図的に当てるように制御すると、良好なカーブが得られやすいことが経験的に知られている。 As a result of the above-mentioned over-excavation, as shown in Figure 3, the gap between the shield 10 and the natural ground wall when making a sharp curve can become larger in some places than in straight sections. This gap is filled with excavated soil that has been plastically fluidized by the excavation and stirring by the shield 10, or with a modifier with plastic flowability, in order to prevent the collapse of the natural ground wall and to provide the shield 10 with appropriate natural ground reaction and friction forces. For example, it is empirically known that in sharp curves, a good curve is more easily obtained by intentionally controlling the side of the shield to hit the outside of the curve.

図4を参照して、シールド10の地山との相互作用について説明する。シールド10の掘削方向の制御によれば、シールド10の面向きや中折れ角等から幾何学的に決まる切羽面の方向に進むと考えられる。 Referring to Figure 4, we will explain the interaction of the shield 10 with the ground. By controlling the excavation direction of the shield 10, it is thought that the shield 10 will move in the direction of the face, which is geometrically determined by the face orientation, bend angle, etc.

ここで、シールド10の進行方向を直線Lとし、直線L上を掘進しているときのシールド10の後胴23の面向きを角度0とすると、カーブするときの後胴23の面向きは角度θとなる。また、後胴23の面向きに対して垂直な線(後胴23の移動方向)Lと前胴22の面向きに対して垂直な線(前胴22の移動方向)Lのなす角は、中折れ角θとなる。すると、直線Lと線Lのなす角が、掘進方位θとなる。したがって、理論上では、掘進方位θは、後胴23の面向きθと中折れ角θを加算したものに等しくなる。 Here, if the traveling direction of the shield 10 is straight line L1 and the orientation of the rear trunk 23 of the shield 10 when it is excavating on straight line L1 is set to an angle of 0, then the orientation of the rear trunk 23 when it curves will be angle θ1 . Furthermore, the angle formed by a line L2 perpendicular to the orientation of the rear trunk 23 (the moving direction of the rear trunk 23) and a line L3 perpendicular to the orientation of the front trunk 22 (the moving direction of the front trunk 22) is the bending angle θ2 . Then, the angle formed by the straight line L1 and the line L3 is the excavation direction θ3 . Therefore, theoretically, the excavation direction θ3 is equal to the sum of the orientation θ1 of the rear trunk 23 and the bending angle θ2 .

しかしながら、現実には、掘削対象の地山は、土質が均一ではなく、硬い岩盤等も存在し、地山反力と摩擦力を複雑に受けるので、「逃げ・そり効果」と呼ばれる進行方向に対するずれが生じる。この進行方向のずれは、直線Lに平行な方向に対する角度Δθで表される。このようなずれが生じることから、掘進方位θは、後胴23の面向きθと中折れ角θに、さらにΔθを加算したものとなる。 However, in reality, the ground to be excavated is not uniform in quality, and hard rock is present, resulting in complex ground reaction and frictional forces, which causes a deviation from the advancing direction known as the "relief and warpage effect." This deviation from the advancing direction is expressed as an angle Δθ with respect to the direction parallel to the line L1 . Because of this deviation, the excavation direction θ3 is calculated by adding Δθ to the face direction θ1 of the rear body 23 and the center bend angle θ2 .

すると、中折れシールドを使用し、急曲線を掘削する場合、シールドジャッキ17のジャッキ圧だけでなく、中折れ機構、逃げ・そり効果等についても考慮に入れなければならない。したがって、ジャッキ圧だけの制御では、適切に偏差を修正することができない。 When using a bending shield to excavate a sharp curve, it is necessary to consider not only the jacking pressure of the shield jack 17, but also the bending mechanism, relief and warping effects, etc. Therefore, controlling the jack pressure alone is not enough to properly correct deviations.

図2に示したシールド10で偏差を修正するコントローラは、操作量をジャッキ圧とし、制御量を偏差としたフィードバック制御を行うことにより、偏差を最小化する。その際、操作量へのシールド応答を定式化することが必要で、例えば動力学理論や経験則を参考に構築している。 The controller that corrects the deviation in the shield 10 shown in Figure 2 minimizes the deviation by performing feedback control with the manipulated variable being the jack pressure and the controlled variable being the deviation. In doing so, it is necessary to formulate the shield's response to the manipulated variable, and this is done with reference to dynamics theory and empirical rules, for example.

しかしながら、図3に示した中折れシールドにおいてコントローラを実装し、偏差を修正しようとすると、ジャッキ圧だけではなく、中折れ機構、逃げ・そり効果等の力学的な相互作用による影響も考慮する必要があるため、動力学的挙動が複雑になり、定式化が難しい。 However, when implementing a controller in the center-bending shield shown in Figure 3 to correct deviations, it is necessary to consider not only the jack pressure but also the effects of mechanical interactions such as the center-bending mechanism and the relief and warping effects, which makes the dynamic behavior complex and difficult to formulate.

そこで、コントローラの実装に必要とされるシールドの操作量に対する偏差応答の定式化を、動力学理論や経験則に寄らず、深層学習により機械学習させたニューラルネットワークを用いて実現する。ニューラルネットワークは、脳の神経回路を構成する神経細胞(ニューロン)を数理モデル化したものを組み合わせたものである。ここでは、ニューラルネットワークとしては、時間的に変化する偏差を扱うため、回帰型ニューラルネットワーク(RNN)を使用することができる。 To address this issue, the formulation of the deviation response to the shield's operating input, which is necessary for implementing the controller, is achieved using a neural network trained through deep learning, rather than relying on dynamics theory or empirical rules. A neural network is a combination of mathematical models of the nerve cells (neurons) that make up the neural circuits of the brain. In this case, a recurrent neural network (RNN) can be used as the neural network to handle deviations that change over time.

RNNは、入力層、中間層、出力層の3種類の層を有し、入力層は、時刻ごとにデータを受け取り、出力層は、時刻ごとの結果を出力する。RNNの中間層は、任意の時刻tの中間層からの出力を次の時刻t+1の入力とするためのパスを有する。すなわち、中間層は、時刻t+1において、入力層からの入力と、パスを介した1つ前の時刻tの出力とを入力として受け取る。このために、RNNでは、1つ前の時刻の中間層の出力を保持することが必要で、そのためのアルゴリズム(モデル)として、長・短期記憶(LSTM)を用いる。LSTMを用いることで、時系列に進む現象の前後関係を踏まえた推論が可能となる。 An RNN has three types of layers: an input layer, a hidden layer, and an output layer. The input layer receives data at each time, and the output layer outputs the results at each time. The hidden layer of an RNN has a path that allows the output from the hidden layer at any time t to be the input for the next time t+1. In other words, at time t+1, the hidden layer receives as input the input from the input layer and the output from the previous time t via the path. For this reason, an RNN needs to retain the output from the hidden layer from the previous time, and uses long short-term memory (LSTM) as the algorithm (model) for this. Using LSTM makes it possible to make inferences based on the context of phenomena that progress over time.

RNNについて簡単に説明すると、中間層では、時刻t+1の入力データと、1つ前の時刻tの中間層の出力データとをそれぞれの重みで線形和したものを入力とし、シグモイド関数やReLU(ランプ関数)等の活性化関数により変換した値を、中間層の出力データとして出力する。深層学習では、教師データと呼ばれる学習用データを用い、中間層で使用される各重みを調整する。 To briefly explain RNN, the intermediate layer takes as input the linear sum of the input data at time t+1 and the output data from the intermediate layer at the previous time t, each with its own weight, and outputs a value converted using an activation function such as a sigmoid function or ReLU (ramp function) as the output data of the intermediate layer. In deep learning, training data known as teacher data is used to adjust the weights used in the intermediate layer.

ニューラルネットワークは、定式化が困難な問題に対し、どんな非線形関係も記述することができ、そのような問題を解決することができる。しかしながら、ニューラルネットワークは、推論が、学習経験を踏まえた内挿から外れて未知の外挿となっていても、エラー無く出力できてしまい、予想外の出力によるトラブル、例えば人であれば暗黙に行わない無茶な操作をする場合がある。これでは、安全性を担保することができない。 Neural networks are capable of describing any nonlinear relationship, making them capable of solving problems that are difficult to formulate. However, neural networks can output without error even when their inference deviates from interpolation based on learning experience and becomes an unknown extrapolation. This can lead to problems due to unexpected output, such as reckless operations that a human would not implicitly perform. This makes it impossible to guarantee safety.

制御出力の最適化を高速に実現する手法として、モデル予測制御(MPC)が知られている。MPC(Model Predictive Control)は、複雑系において高性能な制御ができるとされ、広く使用されている手法であり、安全等の制約を守りながら制御することが可能である。MPCは、予測と最適化を鍵とする技術であり、シールドの制御モデルにおいて、モデルの状況を示すデータx(nは時間ステップ)と制御入力uに応じたモデルの次の時間ステップにおける状況を示すデータxn+1とその制御入力yを、図5に示す形で記述することができれば、MPCを利用することができる。 Model predictive control (MPC) is known as a method for quickly optimizing control output. MPC is a widely used method that is said to enable high-performance control in complex systems, and is capable of controlling while observing safety and other constraints. MPC is a technology whose key is prediction and optimization. In a shield control model, MPC can be used if the data x n (n is the time step) indicating the model's status and the data x n+1 indicating the model's status at the next time step according to the control input u n and the control input y can be described in the form shown in Figure 5.

シールドの掘削方向の制御を行う場合、制御目標は、偏差(掘削計画線と掘削線との差)=0とし、制御入力は、シールドの面向きとすることができる。モデルの状況を示すデータの項目としては、図6に示すものを代表的な項目として挙げることができる。これらの項目のデータは、シールドの置かれた状況を示すデータで、各種センサや計算機等により計測および計算し、時系列に取得することができる。 When controlling the excavation direction of the shield, the control target can be a deviation (difference between the excavation plan line and the excavation line) of 0, and the control input can be the shield's face orientation. Typical data items that indicate the model's status are shown in Figure 6. These data items indicate the status of the shield, and can be measured and calculated using various sensors and computers, and obtained in chronological order.

図6に示す掘進偏差は、掘削線の掘削設計線とのずれ(偏差)であり、掘進変位は、任意の時点を基準とするシールド10の相対移動量であり、掘進方位は、シールド10の向いている方角を示す。ピッチングおよびローリングは、シールド10の姿勢角を示す。中折れ角度は、中折れ機構を有するシールド10の前胴22の中心線と、後胴23の中心線とによりなす角を示す。ジャッキストロークは、ジャッキが何mm伸びているかを示し、同差(ジャッキストロークの差)は、例えば左右のジャッキの伸びの差を示す。 The excavation deviation shown in Figure 6 is the deviation (deviation) of the excavation line from the excavation design line, the excavation displacement is the relative movement of the shield 10 based on an arbitrary point in time, and the excavation orientation indicates the direction in which the shield 10 is facing. Pitching and rolling indicate the attitude angle of the shield 10. The bending angle indicates the angle formed by the center line of the front body 22 and the center line of the rear body 23 of the shield 10, which has a bending mechanism. The jack stroke indicates how many millimeters the jack has extended, and the stroke difference (difference in jack stroke) indicates, for example, the difference in extension between the left and right jacks.

ジャッキ圧は、ジャッキを押す力を示し、ジャッキスピードは、1秒当たりにジャッキを押す速度(ジャッキを伸ばしていくスピード)を示す。コピーカッタストロークは、カッターヘッド11の側方から突出するコピーの突出量を示す。カッタトルクは、カッターヘッド11の回転によりカッターヘッドにかかるトルク量を示す。水平・垂直モーメントは、シールド10をカーブさせるためのジャッキ圧を不等分布とすることで、水平、垂直方向に加えられたモーメントを示す。総推力は、シールド10全体としてどれだけ押しているかを示す。カッタ回転方向は、カッターヘッド11の回転する方向を示す。なお、これらの項目は一例であり、その他の項目を含んでいてもよい。その他の項目としては、掘削対象の土の種類、地表からの深さ、添加剤の種類等を挙げることができる。 Jack pressure indicates the force pushing the jack, and jack speed indicates the speed at which the jack is pushed per second (the speed at which the jack is extended). Copy cutter stroke indicates the amount of copy protrusion from the side of the cutter head 11. Cutter torque indicates the amount of torque applied to the cutter head 11 due to its rotation. Horizontal and vertical moments indicate the moments applied in the horizontal and vertical directions by unevenly distributing the jack pressure to curve the shield 10. Total thrust indicates how much the shield 10 is pushing as a whole. Cutter rotation direction indicates the direction in which the cutter head 11 rotates. Note that these items are merely examples and may include other items. Other items may include the type of soil to be excavated, the depth from the ground surface, the type of additive, etc.

これらの項目のデータは、一定時間毎または一定距離移動する毎に取得することができ、例えばセグメントリングを組み立てる毎に一度掘削を停止するまでを1サイクルとし、1サイクル毎に取得することができる。なお、面向きは、中折れ角度によっても変わるが、中折れ角度は掘削中に操作しないので操作量としない。このため、中折れ角度は、シールド10の置かれた状況を示すデータの項目に含められる。 Data for these items can be acquired at regular intervals or after a certain distance has been moved. For example, data can be acquired for each cycle, with one cycle being the time until excavation is stopped each time the segment rings are assembled. Note that the face orientation also changes depending on the bending angle, but since the bending angle is not adjusted during excavation, it is not considered an operation amount. For this reason, the bending angle is included in the data items that indicate the status of the shield 10.

図7は、制御システムとしてのコントローラの構成例を示した図である。コントローラは、一般的なPC(Personal Computer)と同様のハードウェア構成とされ、CPU等を含み、CPUによりプログラムを実行することで、種々の機能を実現する。コントローラは、機能手段として、第1の予測手段と、制御手段と、第2の予測手段とを含む。 Figure 7 shows an example of the configuration of a controller as a control system. The controller has a hardware configuration similar to that of a typical PC (Personal Computer), including a CPU, and realizes various functions by executing programs using the CPU. The controller includes, as functional means, a first prediction means, a control means, and a second prediction means.

第1の予測手段は、シールド10の掘削状況を示す1以上のデータuを入力とし、第1の学習済みモデルを用いて、次の時間ステップにおける各データを予測する第1のニューラルネットワーク30として実装される。データuは、図6に示したシールド10の置かれた状況を示す現場データである。 The first prediction means is implemented as a first neural network 30 that receives as input one or more pieces of data u e indicating the excavation status of the shield 10 and predicts each piece of data at the next time step using a first trained model. The data u e is field data indicating the status of the shield 10 shown in FIG. 6 .

制御手段は、MPCを利用するため、図5に示す最適化器に相当する最適化制御部31として実装され、シールド10の制御目標値y(偏差=0)と、入力された制御予測値yとに基づき、シールド10の掘削方向を制御するための操作量u’を算出する。操作量u’は、例えば後退ホライズン法を使用して最適化される。 The control means utilizes MPC and is implemented as an optimization control unit 31, which corresponds to the optimizer shown in Fig. 5, and calculates an operation amount u' for controlling the excavation direction of the shield 10 based on the control target value yr (deviation = 0) of the shield 10 and the input control prediction value ym . The operation amount u' is optimized using, for example, the receding horizon method.

後退ホライズン法は、各時刻において次の時間ステップまでの区間の最適化問題を解きながら制御入力を決定していく手法である。最適化問題は、与えられた制約条件の下で、偏差を最小にする問題であり、この手法では、偏差を最小にする制御入力、すなわち最適化された操作量を決定する。 The receding horizon method is a technique for determining control inputs at each time step by solving an optimization problem for the interval up to the next time step. The optimization problem is the problem of minimizing deviations under given constraints, and this method determines the control inputs that minimize the deviations, i.e., the optimized manipulated variables.

制約条件は、操作量を制約する条件である。操作量は、面向きであり、例えばシールドジャッキ17のジャッキストローク等により決まるが、ジャッキストロークの定格を超えて操作することはできない。このため、ジャッキストロークの定格値が制約条件となる。なお、これは一例であるので、制約条件はジャッキストロークの定格値に限定されるものではない。 Constraints are conditions that restrict the amount of operation. The amount of operation is determined by, for example, the jack stroke of the shield jack 17, but it is not possible to operate it beyond the rated value of the jack stroke. Therefore, the rated value of the jack stroke is the constraint. Note that this is just one example, and the constraint is not limited to the rated value of the jack stroke.

このようにして決定された最適操作量uは、シールド10への入力と、さらに次の時間ステップまでの区間での最適化を行うための操作量として、シールド10と第2のニューラルネットワーク32へそれぞれ出力される。 The optimal control variable u determined in this way is input to the shield 10 and output to the second neural network 32 as a control variable for further optimization up to the next time step.

第2の予測手段は、MPCを利用するため、図5に示すモデルに相当する第2のニューラルネットワーク32として実装される。第2のニューラルネットワーク32は、最適化制御部31により算出された操作量u’と、第1のニューラルネットワーク30から出力された各データの予測値u’と、掘削計画線に対するシールド10の掘削方向を示す掘削線の偏差yとを入力とし、第2の学習済みモデルを用いて、最適化制御部31へ入力するための制御値を予測し、制御予測値yとして出力する。 The second prediction means utilizes MPC and is therefore implemented as a second neural network 32 corresponding to the model shown in Fig. 5. The second neural network 32 receives as input the manipulated variable u' calculated by the optimization control unit 31, the predicted value u e ' of each data output from the first neural network 30, and the deviation y p of the excavation line indicating the excavation direction of the shield 10 with respect to the excavation plan line, and predicts a control value to be input to the optimization control unit 31 using the second trained model, and outputs it as a control predicted value y m .

このように、最適化制御部31と第2のニューラルネットワーク32によりMPCを実現することで、予想外の操作量をシールド10へ入力することを防止することができ、安全性を担保することが可能となる。また、予測を、ニューラルネットワークを用いて行うことで、ジャッキ圧以外の数多くの外乱要因も考慮した制御が可能となる。 In this way, by realizing MPC using the optimization control unit 31 and second neural network 32, it is possible to prevent unexpected operation amounts from being input to the shield 10, thereby ensuring safety. Furthermore, by using a neural network for prediction, it becomes possible to perform control that takes into account numerous disturbance factors other than jack pressure.

操作量の学習済みモデルは、予測モデルとして、第1のニューラルネットワーク30と、第2のニューラルネットワーク32の2つに分けて実装される。第1のニューラルネットワーク30は、未来予測をする時間ステップ毎に、現在のシールド10の置かれた状況を示す各データを入力とし、次の時間ステップにおける各データを予測するように動作する。第1のニューラルネットワーク30は、時間ステップ毎に行われるMPCの最適操作量の探索ループ内では同一でよいネットワークであるため、当該探索ループの外に置かれる。第2のニューラルネットワーク32は、第1のニューラルネットワーク30が予測したデータの下での操作量をパラメータとした制御量の応答を予測する。第2のニューラルネットワーク32は、MPCの最適操作量の探索ループ内に置かれる必要がある。第1、第2のニューラルネットワーク30、32のいずれも、時系列データの変化履歴を考慮可能なネットワークとしたいため、長・短期記憶(LSTM)をもつRNNで構築する。 The trained model of the manipulated variable is implemented as a prediction model, divided into two parts: a first neural network 30 and a second neural network 32. The first neural network 30 inputs data indicating the current situation of the shield 10 at each time step for future prediction and operates to predict each data item at the next time step. The first neural network 30 can be the same network within the search loop for the optimal manipulated variable of the MPC, which is performed at each time step, and is therefore placed outside the search loop. The second neural network 32 predicts the response of the controlled variable using the manipulated variable as a parameter based on the data predicted by the first neural network 30. The second neural network 32 must be placed within the search loop for the optimal manipulated variable of the MPC. Both the first and second neural networks 30, 32 are constructed as RNNs with long short-term memory (LSTM) because they are intended to be networks that can take into account the change history of time-series data.

第1のニューラルネットワーク30を第2のニューラルネットワーク32に吸収し、第1のニューラルネットワーク30を省略する構成がある。この構成では、第2のニューラルネットワーク32単独で、次の時間ステップにおける各データ、並びに、操作量をパラメータとした制御量の応答の、両方を予測することになる。時間ステップ毎に行われるMPCの最適操作量の探索ループは、延べ実行回数が多く、高速なレスポンスが要求される。一般的なPC(Personal Computer)と同様のハードウェア構成とする条件では、MPCの実行パフォーマンスが低く、この構成は望ましくない。 One configuration is to absorb the first neural network 30 into the second neural network 32 and omit the first neural network 30. In this configuration, the second neural network 32 alone predicts both the data for the next time step and the response of the controlled variable with the manipulated variable as a parameter. The MPC's search loop for the optimal manipulated variable, which is performed for each time step, is executed many times in total and requires a fast response. With a hardware configuration similar to that of a typical PC (Personal Computer), the MPC's execution performance is low, making this configuration undesirable.

そこで、図7に示すように、各MPCの最適操作量の探索ループにおいて1回入力し、予測できれば十分な第1のニューラルネットワーク30と、MPCの最適操作量の個々の探索毎に予測が必要な第2のニューラルネットワーク32の2つに分けて実装することで、MPCの実行パフォーマンスを向上させることができる。 As shown in Figure 7, the execution performance of the MPC can be improved by implementing two separate neural networks: a first neural network 30 that is input once in the search loop for the optimal operation amount of each MPC and is sufficient for prediction, and a second neural network 32 that requires prediction for each individual search for the optimal operation amount of the MPC.

図8を参照して、シールドを用いた掘削工事の実施手順について説明する。ステップ100から開始し、ステップ101では、LSTMアルゴリズムを準備する。LSTMアルゴリズムは、予測モデルに組み込むアルゴリズムである。ステップ102では、既往工事で採取したデータからデータを再構築し、ステップ103では、シールドの試験掘削(手操作)を行い、ステップ104で、学習用データを採取する。学習用データは、実際に手操作等で施工し、実際のジャッキ圧等の操作量および掘削状況を示すパラメータ、掘削計画線との偏差として取得される。ステップ101~ステップ103は、並行して実施してもよいし、順序を変えて実施してもよい。 The procedure for carrying out excavation work using a shield will be explained with reference to Figure 8. Starting from step 100, in step 101 an LSTM algorithm is prepared. The LSTM algorithm is an algorithm incorporated into a predictive model. In step 102, data is reconstructed from data collected in previous work, in step 103 test excavation (manual operation) is performed with the shield, and in step 104 training data is collected. The training data is actually obtained by manual operation, etc., and is obtained as actual operating variables such as jack pressure, parameters indicating the excavation status, and deviations from the excavation plan line. Steps 101 to 103 may be performed in parallel or in a different order.

ステップ105では、採取された学習用データの中から所定のデータを抽出し、シールドの急曲線を施工するデータとして準備する。ステップ106では、準備したデータを学習用とテスト用の2つにデータを分割する。データの分割は、準備したデータの中からランダムに取り出し、2つのグループに分けることができる。学習用は、LSTMの学習用データで、テスト用は、学習したLSTMをテストし、学習の効果を確かめるためのデータである。 In step 105, specific data is extracted from the collected training data and prepared as data for constructing sharp curves in the shield. In step 106, the prepared data is divided into two groups: training data and test data. Data can be divided by randomly selecting data from the prepared data and dividing it into two groups. Training data is data used to train the LSTM, and test data is data used to test the trained LSTM and verify the effectiveness of the learning.

ステップ107では、学習用データを用いてLSTMを学習し、テスト用データを用いて学習したLSTMのテストを実行する。LSTMの学習では、最適な重みに調整する。ステップ108では、テスト結果の予測精度を評価する。テスト結果がどの程度が正しく予測できているかを、閾値を設け、閾値以上であるか否かにより評価する。閾値は、例えば80%であり、入力したデータに対し、計測もしくは計算された結果を80%以上再現できていれば、正しく予測できていると評価することができる。なお、閾値は、80%に限定されるものではない。予測精度が閾値に達していない場合、ステップ105へ戻り、再度データを準備し、LSTMの学習およびテストを実施する。 In step 107, the LSTM is trained using the training data, and the trained LSTM is tested using the test data. When training the LSTM, the weights are adjusted to the optimum. In step 108, the prediction accuracy of the test results is evaluated. A threshold is set to determine how accurately the test results are predicted, and the accuracy is evaluated based on whether the threshold is met or exceeded. The threshold is, for example, 80%, and if the measured or calculated results for the input data are reproduced 80% or more, the prediction can be evaluated as being correct. Note that the threshold is not limited to 80%. If the prediction accuracy does not reach the threshold, return to step 105, prepare data again, and train and test the LSTM.

ステップ109では、予測モデルにLSTMとともに組み込まれるMPCアルゴリズムを準備する。ステップ110では、LSTMとMPCアルゴリズムを予測モデルに組み込む。ステップ111では、制約条件と制御目標値を設定し、コントローラへの実装を完了する。これにより、掘削工事におけるMPC制御を実行することが可能となる。 In step 109, an MPC algorithm is prepared to be incorporated into the predictive model together with the LSTM. In step 110, the LSTM and MPC algorithm are incorporated into the predictive model. In step 111, constraints and control target values are set, and implementation into the controller is completed. This makes it possible to perform MPC control during excavation work.

ステップ112では、実際に掘削工事を開始し、MPCを開始する。ステップ113では、MPCにおいて予測、最適化処理を実行し、ステップ114で、最適化された操作量を出力する。ステップ115では、出力された操作量に基づき、シールド10を制御し、シールド10の偏差を修正する。シールド10は、偏差を制御量として取得し、ステップ116で、現在の掘削状況を示すパラメータ、制御量、操作量の入力を受け取り、ステップ113へ戻り、再び予測、最適化処理を実行する。 In step 112, actual excavation work begins and the MPC is started. In step 113, the MPC performs prediction and optimization processing, and in step 114, the optimized operation variables are output. In step 115, the shield 10 is controlled based on the output operation variables, and the deviation of the shield 10 is corrected. The shield 10 obtains the deviation as a control variable, and in step 116, it receives input of parameters, control variables, and operation variables indicating the current excavation status, and returns to step 113, where the prediction and optimization processing is performed again.

ステップ117では、シールド10において追加の学習用データを採取し、ステップ118で、掘削を終了するかを判定し、掘削を終了しない場合、ステップ105へ戻る。これにより、追加の学習用データにより再び学習およびテストを実行し、予測精度を向上させる。ステップ118で掘削を終了する場合、ステップ119へ進み、MPCを終了し、掘削を終了する。 In step 117, additional learning data is collected in the shield 10, and in step 118, it is determined whether to end excavation. If excavation is not to be ended, the process returns to step 105. This allows learning and testing to be performed again using the additional learning data, improving prediction accuracy. If excavation is to be ended in step 118, the process proceeds to step 119, where MPC is ended and excavation is terminated.

以上に説明してきたように、本発明によれば、ジャッキ圧に加え、中折れ機構、逃げ・そり効果等の力学的な相互作用による影響も踏まえて、急曲線における偏差の修正が可能なシステム、方法およびプログラムの提供が可能となる。 As explained above, the present invention makes it possible to provide a system, method, and program that can correct deviations in sharp curves, taking into account not only jack pressure but also the effects of mechanical interactions such as the bending mechanism, relief and warping effects.

これまで本発明の制御システム、制御方法およびプログラムについて図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 The control system, control method, and program of the present invention have been described in detail above with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified within the scope of what one skilled in the art can conceive, including other embodiments, additions, modifications, and deletions. Any modification that achieves the functions and effects of the present invention is within the scope of the present invention.

10…シールド
11…カッターヘッド
12…チャンバー
13…スクリューコンベアー
14…ベルトコンベアー
15…セグメント
16…エレクター
17…シールドジャッキ
18…スキンプレート
19…裏込め注入装置
20…掘削計画線
21…セグメントリング
22…前胴
23…後胴
24…コピー
30…第1のニューラルネットワーク
31…最適化制御部
32…第2のニューラルネットワーク
10...Shield 11...Cutter head 12...Chamber 13...Screw conveyor 14...Belt conveyor 15...Segment 16...Erector 17...Shield jack 18...Skin plate 19...Backfill injection device 20...Drilling planning line 21...Segment ring 22...Front body 23...Rear body 24...Copy 30...First neural network 31...Optimization control unit 32...Second neural network

Claims (7)

掘削機械の掘削方向を制御するシステムであって、
前記掘削機械の掘削状況を示す1以上のデータを入力とし、第1の学習済みモデルを用いて一定時間後または前記掘削機械の一定距離移動後の各データを予測する第1の予測手段と、
前記掘削機械の制御目標値と、入力された制御予測値とに基づき、前記掘削機械の掘削方向を制御するための操作量を算出する制御手段と、
算出された前記操作量と、前記各データの予測値と、掘削計画線に対する掘削方向の偏差とを入力とし、第2の学習済みモデルを用いて前記制御手段へ前記制御予測値として入力するための制御量を予測する第2の予測手段と
を含み、
前記制御手段は、前記一定時間内または前記一定距離移動する間に、前記第2の予測手段から入力された前記制御予測値を用いて前記操作量を算出し、前記第2の予測手段へ算出した前記操作量を出力することを繰り返し、前記操作量を最適化する、制御システム。
A system for controlling an excavation direction of an excavation machine, comprising:
a first prediction means for inputting one or more data items indicating the excavation status of the excavation machine and predicting each piece of data after a certain time has elapsed or after the excavation machine has moved a certain distance using a first trained model;
a control means for calculating an operation amount for controlling the excavation direction of the excavation machine based on a control target value of the excavation machine and an input control prediction value;
a second prediction means for receiving as input the calculated manipulated variable, the predicted value of each piece of data, and the deviation of the excavation direction from the excavation plan line, and predicting a control variable to be input to the control means as the predicted control value using a second trained model;
the control means, while moving within the fixed time period or the fixed distance, calculates the manipulated variable using the control prediction value input from the second prediction means, and repeatedly outputs the calculated manipulated variable to the second prediction means, thereby optimizing the manipulated variable.
前記制御手段は、設定された制約条件に従って前記操作量を最適化する、請求項1に記載の制御システム。 The control system described in claim 1, wherein the control means optimizes the manipulated variable in accordance with set constraints. 前記第1の予測手段は、第1のニューラルネットワークとして実装され、前記第2の予測手段は、第2のニューラルネットワークとして実装され、前記第1および前記第2のニューラルネットワークは、回帰型ニューラルネットワークである、請求項1または2に記載の制御システム。 The control system described in claim 1 or 2, wherein the first prediction means is implemented as a first neural network, the second prediction means is implemented as a second neural network, and the first and second neural networks are recurrent neural networks. 前記第1および前記第2のニューラルネットワークは、それぞれ、前記第1および前記第2の学習済みモデルとして、長・短期記憶(LSTM)アルゴリズムを実装する、請求項3に記載の制御システム。 4. The control system of claim 3, wherein the first and second neural networks implement a long short-term memory (LSTM) algorithm as the first and second trained models, respectively . 前記掘削機械は、前胴と後胴を中折れ機構により接続されたシールドマシンであり、前記データは、前記中折れ機構を中心とし、前記前胴と前記後胴のなす角を示す中折れ角度を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の制御システム。 The control system described in any one of claims 1 to 4, wherein the excavation machine is a shield machine in which a front body and a rear body are connected by a bending mechanism, and the data includes a bending angle indicating the angle between the front body and the rear body, with the bending mechanism at the center. 掘削機械の掘削方向を制御する方法であって、
コンピュータが、前記掘削機械の掘削状況を示す1以上のデータを入力とし、第1の学習済みモデルを用いて一定時間後または前記掘削機械の一定距離移動後の各データを予測するステップと、
前記コンピュータが、前記掘削機械の制御目標値と、入力された制御予測値とに基づき、前記掘削機械の掘削方向を制御するための操作量を算出するステップと、
前記コンピュータが、算出された前記操作量と、前記各データの予測値と、掘削計画線に対する掘削方向の偏差とを入力とし、第2の学習済みモデルを用いて前記制御予測値として入力するための制御量を予測するステップと
を含み、
前記操作量を算出するステップと、前記制御量を予測するステップとは、前記一定時間内または前記一定距離移動する間に繰り返し実行され、前記操作量が最適化される、方法。
1. A method for controlling a drilling direction of an excavating machine, comprising:
a step in which a computer receives as input one or more data indicating an excavation status of the excavation machine and predicts each piece of data after a certain time has passed or after the excavation machine has moved a certain distance using a first trained model;
a step in which the computer calculates an operation amount for controlling the excavation direction of the excavation machine based on a control target value of the excavation machine and an input control predicted value;
the computer receives as input the calculated operation amount, the predicted value of each piece of data, and the deviation of the excavation direction from the excavation plan line, and predicts a control amount to be input as the predicted control value using a second trained model;
The method, wherein the step of calculating the manipulated variable and the step of predicting the controlled variable are repeatedly performed within the fixed time period or while moving the fixed distance, and the manipulated variable is optimized.
請求項6に記載の方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute each step included in the method of claim 6.
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