本技术属于大直径盾构机先进控制，具体涉及一种大直径盾构机推进阻尼控制系统及方法。
背景技术：
1、大直径盾构机可完成大断面隧道的安全高效施工，在穿海、越江隧道中发挥关键作用。推进系统主要负责完成盾构机的前进与姿态控制，对维持隧道施工的岩机界面稳定具有重要作用。然而由于复杂岩土载荷，大直径盾构机推进系统存在易振动、精度低的难题，影响了隧道的施工安全性与施工质量。
技术实现思路
1、本发明提出一种大直径盾构机推进阻尼控制系统及方法，其技术方案为：
2、一种大直径盾构机推进阻尼控制系统，包括第一比例调速阀、第二比例调速阀、电磁换向阀组和液压缸组；所述第二比例调速阀的不同端口分别与电磁换向阀组、油源连接；所述油源通过第二比例调速阀和比例节流阀连接活塞式蓄能器的下部腔体，同时油源通过第一比例调速阀连接活塞式蓄能器的下部腔体；所述电磁换向阀组分别与液压缸组、油箱连接；活塞式蓄能器的下部腔体通过球阀式开关阀，第三节流阀连接油箱；将比例节流阀中的阀芯位移传感器的值输入推进阻尼观测器，计算当前的推进阻尼，作为反馈不断调节，通过推进阻尼控制器控制比例节流阀的流量系数，从而调节推进阻尼，使推进阻尼达到推进阻尼设定值。
3、优选的，包括气压控制模块，所述气压控制模块包括电动机、气泵、气瓶和储气仓；所述电动机与气泵连接，气泵连接分水过滤器，所述分水过滤器与单向阀连接，所述储气仓接有第二压力传感器、第一压力表，所述储气仓与第一气动溢流阀连接，所述第一气动溢流阀连接第一出气口；所述储气仓另一侧连接第一滑阀开关阀；所述第一滑阀开关阀与第一节流阀连接，所述气瓶连接活塞式蓄能器的上部腔体，活塞式蓄能器的上部腔体连接第二气动溢流阀，所述第二气动溢流阀连接第二出气口；所述活塞式蓄能器的上部腔体通过第三节流阀和滑阀式开关阀连接第三出气口。
4、优选的，所述电磁换向阀组的右侧油路连接油箱，第二比例调速阀同时通过液动溢流阀连接油箱；液压缸组的有杆腔连接电磁换向阀组的右侧油路；无杆腔连接电磁换向阀组的左侧油路；第二比例调速阀和液动溢流阀与第一压力传感器连接；液压缸组上设有位移传感器。
5、优选的，气压控制模块工作过程如下：
6、电动机驱动气泵，气泵释放气体，进入分水过滤器，分水过滤器将气体与液体进行分离，通过单向阀，气体进入储气仓中，储气仓配备第二压力传感器、第一压力表，进而可以对储气仓中的气体压力进行监测控制，储气仓连接第一气动溢流阀，起到安全阀的作用，进而通过第一出气口将气体排出；当第一滑阀式开关阀处于下位时，气体通过第一节流阀，流入气瓶和活塞式蓄能器的上部腔体；气瓶和活塞式蓄能器的上部腔体连接，可改变活塞式蓄能器上部腔体容纳气体的体积，便于控制活塞式蓄能器气体的压力，活塞式蓄能器配备第一位移传感器，可以对活塞位移进行进一步监测控制；第二气动溢流阀作为安全阀，进一步通过第二出气口排出气体；当第二滑阀式开关阀位于下位时，活塞式蓄能器中的气体通过第三出气口排出。
7、优选的，气压控制模块控制活塞式蓄能器上部腔体气体的压力，使得活塞式蓄能器压力与液压缸承受负载压力之差趋于稳定；
8、初始时，油源流出的液体进入第二比例调速阀后进入活塞式蓄能器的下部腔体以加入油液，若油液不足，油源流出的液体进入第一比例调速阀后进入活塞式蓄能器下部腔体以补充油液，当球阀式开关阀工作在右位时，活塞式蓄能器的下部腔体的油液通过球阀式开关阀排出到油箱，实现卸荷；当推进系统负载力突然变化时，活塞式蓄能器起到缓冲作用，通过调节比例节流阀流量系数来精确调整推进系统阻尼。
9、优选的，活塞式蓄能器气体压力控制：根据前方隧道岩土稳定保持压力，设定活塞式蓄能器的气体压力，将第三压力传感器测出的压力值作为反馈，通过第一滑阀式开关阀对活塞式蓄能器上部腔体的进气和第二滑阀式开关阀对活塞式蓄能器上部腔体的出气控制活塞式蓄能器的气体压力，使活塞式蓄能器内的气体压力值达到活塞式蓄能器的气体压力设定值；
10、活塞式蓄能器活塞位置控制：设定活塞式蓄能器的活塞位置，将第一位移传感器的值作为反馈，通过活塞式蓄能器的活塞位置控制器控制第一比例调速阀，使活塞式蓄能器的下部腔体进油，同时控制球阀式开关阀，使活塞式蓄能器的下部腔体出油，从而改变活塞式蓄能器的活塞位置，使活塞式蓄能器的活塞位置达到活塞式蓄能器的活塞位置设定值；
11、盾构机远程监控平台：采集盾构机系统状态数据与隧道岩土状态数据，展示给操作人员；操作人员根据监控平台数据，下达推进阻尼设定值、活塞式蓄能器气体压力设定值、活塞式蓄能器活塞位置设定值。
12、一种大直径盾构机推进阻尼控制方法，包括以下步骤：
13、s1.计算第二比例调速阀流量；
14、s2.通过液压缸输出力与负载力的运动学平衡方程获得液压缸位移的控制方程；
15、s3.计算系统的阻尼系数。
16、优选的，假设流过第二比例调速阀流量为
17、 （1）；
18、式中，为第二比例调速阀的流量系数，为第二比例调速阀流过的电流；
19、流过第二比例调速阀流量亦为：
20、 （2）；
21、式中，为推进系统液压缸活塞的有效面积;
22、为推进系统活塞杆位移;
23、为比例节流阀的流量系数;
24、为液压缸无杆腔压力;
25、为活塞式蓄能器内油液压力;
26、为负载容腔体积;
27、为有效体积弹性模量。
28、优选的，液压缸输出力与负载力的运动学平衡方程：
29、 （3）；
30、式中，为推进系统等效负载质量，为推进系统等效外部负载力；
31、对上述（1）进行拉普拉斯变换得到：
32、 ；
33、对上述（2）进行拉普拉斯变换得到：
34、；
35、对上述（3）进行拉普拉斯变换得到：
36、 ；
37、可得液压缸位移的控制方程：
38、 ；
39、控制方程简化为：
40、 ；
41、为系统固有频率，为系统阻尼系数，表示复频率。
42、优选的，计算公式如下：
43、 ；
44、阻尼系数与比例节流阀的流量系数成正比，通过连续调节比例节流阀流量系数，实现对大直径盾构机推进系统阻尼的连续控制，提高推进系统稳定性，抑制系统振动，保持隧道施工稳定。
45、与现有技术相比，本技术有益效果如下：
46、1.通过设计基于可调蓄能器与比例节流阀的阻尼调节系统，提高推进系统阻尼，并实现阻尼连续高精度主动控制。
47、2. 通过计算目前的推进阻尼，作为反馈不断调节，通过推进阻尼控制器控制比例节流阀的流量系数，从而调节推进阻尼，使推进阻尼达到推进阻尼设定值，提高了推进系统稳定性，抑制系统振动，保持隧道施工稳定。
1.一种大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，包括第一比例调速阀、第二比例调速阀、电磁换向阀组、液压缸组和推进阻尼观测器；所述第二比例调速阀的不同端口分别与电磁换向阀组、油源连接；所述油源通过第二比例调速阀和比例节流阀连接活塞式蓄能器的下部腔体，同时油源通过第一比例调速阀连接活塞式蓄能器的下部腔体；所述电磁换向阀组分别与液压缸组、油箱连接；活塞式蓄能器的下部腔体通过球阀式开关阀，第三节流阀连接油箱；将比例节流阀中的阀芯位移传感器的值输入推进阻尼观测器，计算当前的推进阻尼，作为反馈不断调节，通过推进阻尼控制器控制比例节流阀的流量系数，从而调节推进阻尼，使推进阻尼达到推进阻尼设定值。
2.根据权利要求1所述的大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，包括气压控制模块，所述气压控制模块包括电动机、气泵、气瓶和储气仓；所述电动机与气泵连接，气泵连接分水过滤器，所述分水过滤器与单向阀连接，所述储气仓接有第二压力传感器、第一压力表，所述储气仓与第一气动溢流阀连接，所述第一气动溢流阀连接第一出气口；所述储气仓另一侧连接第一滑阀开关阀；所述第一滑阀开关阀与第一节流阀连接，所述气瓶连接活塞式蓄能器的上部腔体，活塞式蓄能器的上部腔体连接第二气动溢流阀，所述第二气动溢流阀连接第二出气口；所述活塞式蓄能器的上部腔体通过第三节流阀和滑阀式开关阀连接第三出气口。
3.根据权利要求2所述的大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，所述电磁换向阀组的右侧油路连接油箱，第二比例调速阀同时通过液动溢流阀连接油箱；液压缸组的有杆腔连接电磁换向阀组的右侧油路；无杆腔连接电磁换向阀组的左侧油路；第二比例调速阀和液动溢流阀与第一压力传感器连接；液压缸组上设有位移传感器。
4.根据权利要求2所述的大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，气压控制模块工作过程如下：
5.根据权利要求2所述的大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，气压控制模块控制活塞式蓄能器上部腔体气体的压力，使得活塞式蓄能器压力与液压缸承受负载压力之差趋于稳定；
6.根据权利要求1所述的大直径盾构机推进阻尼控制系统，其特征在于，活塞式蓄能器气体压力控制：根据前方隧道岩土稳定保持压力，设定活塞式蓄能器的气体压力，将第三压力传感器测出的压力值作为反馈，通过第一滑阀式开关阀对活塞式蓄能器上部腔体的进气和第二滑阀式开关阀对活塞式蓄能器上部腔体的出气控制活塞式蓄能器的气体压力，使活塞式蓄能器内的气体压力值达到活塞式蓄能器的气体压力设定值；
7.一种大直径盾构机推进阻尼控制方法，用于权利要求1-6任一所述的大直径盾构机变阻尼推进系统，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的大直径盾构机推进阻尼控制方法，其特征在于，假设流过第二比例调速阀流量为
9.根据权利要求8所述的大直径盾构机推进阻尼控制方法，其特征在于，液压缸输出力与负载力的运动学平衡方程：
10.根据权利要求8所述的大直径盾构机推进阻尼控制方法，其特征在于，计算公式如下：
