本技术涉及盾构管片拼装液压控制，特别涉及一种兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统及其控制方法。
背景技术：
1、盾构完成隧道开挖之后需要通过构建衬砌对隧道壁面进行支撑，衬砌是由沿隧道周向分布的若干管片组成。作为盾构掘进机的重要组成部分，管片拼装机的主要功能是将管片以特定的姿态搬运至目标位置以形成衬砌。每块管片都具有特定的位置和姿态，因此管片拼装机通常需要完成多个自由度运动才能完成管片的搬运工作。由于一条隧道衬砌通常是由大量管片构成，且管片安装精度影响衬砌的承载能力和管片间的密封性，因此管片拼装精度和速度直接影响隧道施工的效率和质量。管片拼装包括大范围快速移动的管片移运(平移、提升、旋转)和小范围精准微调(偏转、前后俯仰、左右摇摆)两段式运动，通常采用进油路节流调速阀控马达、阀控液压缸的系统形式。
2、在实际管片拼装过程中，管片移运流量需求大而精准微调流量需求小，表现为整体流量需求跨度极大。单纯依靠节流式控制会造成较大能量损失。泵控液压系统由于采用容积控制方式，没有节流损失、节流损失，可以从电液系统动力源头匹配功率实现高能效。盾构管片拼装电液系统一般采用单台电比例变量泵搭配一台变频电机作为动力源。然而，在固定排量或者固定电机转速下，使用单泵来实现全流量范围的精准运动控制和保持快速响应能力具有相当大的挑战性，主要存在以下几点原因：1)小排量泵虽然具备较快的响应速度和控制精度，但无法满足管片拼装机正常工作情况下的大流量需求，导致在管片移运时移动速度过慢，效率低下；2)大排量泵虽然具有较大流量范围，但由于其较慢的响应速度和可控的最小流量偏大，单独使用无法实现管片拼装机快速响应和高拼装精度要求。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统及其控制方法，通过考虑泵控单元性能表现最佳的控制区间，结合小排量泵的高精度控制和大排量泵的高速运动，构建一套双泵联合控制电液系统，实现全流量范围实现精准运动和快速响应，满足管片拼装机高速移运和高精度对接的性能需求。
2、为了达到上述目的，采用的技术方案如下：
3、第一方面，本技术提供一种兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统，包括：
4、油箱，用于存储液压油；
5、并联设置的大排量泵和小排量泵，分别由伺服电机一和伺服电机二驱动，所述大排量泵和小排量泵的进口通过回油过滤器一和回油过滤器二管道连接所述油箱，所述大排量泵和小排量泵的出口通过单向阀一和单向阀二汇入主供油管路；
6、三位四通换向阀，其p口连接主供油管路，t口连接回油过滤器三，a口和b口与执行元件组连通；
7、执行元件组，包括多个执行元件，每个执行元件均包括液压缸、开关阀和先导式平衡阀，所述执行元件通过所述先导式平衡阀与所述三位四通换向阀的a口和b口连接，所述两组开关阀和一个先导式平衡阀用于独立控制所述执行元件动作；
8、控制系统，用于根据目标流量动态分配所述大排量泵和所述小排量泵的输出比例，并在管片移运时采用双泵联合模式，管片对接时采用小排量泵独立模式。
9、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，所述执行元件组包括六个执行元件，分别为第一执行元件、第二执行元件、第三执行元件、第四执行元件、第五执行元件和第六执行元件；其中：
10、所述第一执行元件包括摇摆液压缸、开关阀一、开关阀二和先导式平衡阀一；
11、所述第二执行元件包括俯仰液压缸、开关阀三、开关阀四和先导式平衡阀二；
12、所述第三执行元件包括横摇液压缸、开关阀五、开关阀六和先导式平衡阀三；
13、所述第四执行元件包括提升液压缸、开关阀七、开关阀八和先导式平衡阀四；
14、所述第五执行元件包括横移液压缸、开关阀九、开关阀十和先导式平衡阀五；
15、所述第六执行元件包括开关阀十一、开关阀十二、先导式平衡阀六和液压马达。
16、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，所述三位四通换向阀的a口与先导式平衡阀一的d口、先导式平衡阀二的d口、先导式平衡阀三的d口、先导式平衡阀四的d口、先导式平衡阀五的d口、先导式平衡阀六的d口相连，所述三位四通换向阀的b口与先导式平衡阀一的c口、先导式平衡阀二的c口、先导式平衡阀三的c口、先导式平衡阀四的c口、先导式平衡阀五的c口、先导式平衡阀六的c口相连；
17、所述开关阀一的a口连接先导式平衡阀一的b口，b口连接摇摆液压缸的b口；所述开关阀二的a口连接先导式平衡阀一的a口，b口连接摇摆液压缸的a口；
18、所述开关阀三的a口连接先导式平衡阀二的b口，b口连接俯仰液压缸的b口；所述开关阀四的a口连接先导式平衡阀二的a口，b口连接俯仰液压缸的a口；
19、所述开关阀五的a口连接先导式平衡阀三的a口，b口连接横摇液压缸的b口；所述开关阀六的a口连接先导式平衡阀三的a口，b口连接横摇液压缸的a口；
20、所述开关阀七的a口连接先导式平衡阀四的b口，b口连接提升液压缸的b口；所述开关阀八的a口连接先导式平衡阀四的a口，b口连接提升液压缸的a口；
21、所述开关阀九的a口连接先导式平衡阀五的b口，b口连接横移液压缸的b口；所述开关阀十的a口连接先导式平衡阀五的a口，b口连接横移液压缸的a口；
22、所述开关阀十一的a口连接先导式平衡阀六的b口，b口连接液压马达；所述开关阀十二的a口连接先导式平衡阀六的a口，b口连接液压马达。
23、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，在所述双泵联合模式下，所述控制系统控制提升液压缸、横移液压缸和液压马达；在控制提升液压缸时，开关阀七和开关阀八处于右位，其余所有执行元件的两个开关阀均处于左位；提升液压缸推出时，三位四通换向阀处于右位，液压油通过三位四通换向阀的p口流入，b口流出，经开关阀七进入提升液压缸的b口；提升液压缸回撤时，三位四通换向阀处于左位，液压油通过三位四通换向阀的p口流入，a口流出，经开关阀八进入提升液压缸的；依次控制提升液压缸、横移液压缸、液压马达对应的两个开关阀实现管片的提升和横移动作，从而实现管片的高速移运。
24、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，在所述小排量泵独立模式下，所述控制系统控制摇摆液压缸、俯仰液压缸和横摇液压缸；在控制摇摆液压缸时，开关阀一和开关阀二处于右位，其余所有执行元件的两个开关阀均处于左位；摇摆液压缸推出时，三位四通换向阀处于右位，液压油通过三位四通换向阀的p口流入，b口流出，经开关阀一进入摇摆液压缸的b口；摇摆液压缸回撤时，三位四通换向阀处于左位，液压油通过三位四通换向阀的p口流入，a口流出，通过开关阀二流入摇摆液压缸的a口；依次控制摇摆液压缸、俯仰液压缸、横摇液压缸下方对应的两个开关阀实现管片摇摆、俯仰、横摇的动作，从而实现管片高精度对接。
25、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，所述控制系统包括模式控制器，所述模式控制器基于目标流量判定双泵工作模式：
26、当目标流量小于设定阈值时，仅启用小排量泵进行高精度流量输出；
27、当目标流量大于或等于设定阈值时，启用双泵联合模式，并在预设切换时间内优先小排量泵输出，随后切换至大排量泵主导输出。
28、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，所述双泵联合模式下，小排量泵与大排量泵的流量输出比例在预设切换时间前为9:1，预设切换时间后调整为4:6。
29、优选的，在上述兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统中，所述控制系统包括专家推荐系统，所述专家推荐系统中配置有数据库，所述数据库存储输入参数与输出参数的映射关系，所述输入参数与输出参数的映射关系通过机器学习算法建立，所述机器学习算法为反向传播神经网络或最近邻算法，所述输入参数管片规格、小泵排量、大泵排量、提升液压缸规格、横移液压缸规格、摇摆液压缸规格、俯仰液压缸规格、横摇液压缸规格和液压马达规格，所述输出参数包括预设切换时间、切换流量、小泵与大泵流量输出比例和小泵与大泵流量输出比例。
30、第二方面，本技术提供一种如上所述的兼顾高速管片移运和高精度管片对接的宽排量泵控系统的控制方法，所述控制方法包括：
31、根据目标流量判定工作模式：若目标流量为高流量需求，进入双泵联合控制模式；若为低流量需求，进入小排量泵独立模式；
32、在双泵联合模式下，控制小排量泵和大排量泵按预设比例输出流量，并在预设切换时间后调整比例；
33、通过开关阀组选择当前动作的执行元件，确保每次仅一个执行元件工作；
34、实时采集执行元件位移数据，通过闭环控制算法修正双泵输出比例，确保位移跟踪误差小于设定阈值。
35、进一步地，所述闭环控制算法为pid控制、自适应控制或鲁棒控制。
36、本技术的有益效果是：
37、1)本技术通过双泵并联式设计，配合双泵流量动态分配策略，满足管片拼装机对高速管片移运和高精度管片对接的双重需求。在管片拼装宽排量控制系统中，动态分配策略中的各项参数可形成控制参数数据库，并通过机器学习算法建立专家推荐系统，为宽排量泵控管片自动化拼装提供指导；
38、2)本技术采用并联式双变转速泵控系统作为管片拼装机的动力源，满足管片拼装机对高速管片移运和高精度管片对接的宽排量控制需求；
39、3)本技术无需搭载使用节流式的阀控模块，并且通过开关阀组的形式避免了在管片移运和对接过程中，不同执行元件同时运动所带来的压力流量扰动，大幅提升控制精度、运动平稳性和系统能效；
40、4)本技术可实时调整单小排量泵和双泵两种控制模式的切换、双泵控制模式下小排量泵和大排量泵的流量输出比例切换及切换时间，大幅提升系统的控制精度和动态响应能力；
41、5)本技术建立宽流量双泵控系统的控制参数数据库及其专家推荐系统，可实时推荐双泵动态分配策略的各项控制参数，实现无人值守下管片拼装机的自动控制。