1.一种盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S100:建立仿真模型,具体是:在动力学仿真软件中建立支承隧道地质仿真模型与机械多体动力学仿真模型;在液压系统仿真软件中建立电液控制系统仿真模型;其中,所述电液控制系统的子系统包括推进液压系统、铰接液压系统、螺旋输送机液压系统以及管片拼装机液压系统;步骤S200:联合仿真,具体是:基于动力学仿真软件-液压系统仿真软件的机电液联合仿真技术,输入双向联合仿真接口;其中,动力学仿真软件为主控,液压系统仿真软件为从控;液压系统仿真软件中的电液控制系统仿真模型向动力学仿真软件中的机械多体动力学仿真模型传递信号,驱动机械多体动力学仿真模型进行动力学仿真;机械多体动力学仿真模型将动力学仿真产生的信号反向传递给电液控制系统仿真模型进行反向修正;输出仿真数据;在步骤S100中,建立支承隧道地质仿真模型,具体是:采用CREO软件,建立刚性隧道仿真模型以及与之对应的盾体外轮廓仿真模型,导入动力学仿真软件中;所述刚性隧道仿真模型和盾体外轮廓仿真模型之间还包括六向衬套单元与刚性滑动单元;其中,所述六向衬套单元与刚性滑动单元以及盾体外轮廓仿真模型连接,用于模拟盾构机实际掘进过程中土壤与盾体的力-位移关系;所述刚性滑动单元与六向衬套单元以及刚性隧道仿真模型连接,用于模拟盾构机实际掘进过程中隧道与盾体的接触;所述六向衬套单元与刚性滑动单元配合实现模拟盾体在隧道中的掘进;建立机械多体动力学仿真模型,具体是:采用CREO软件,构建盾构机主要机械部件的三维模型,将所述三维模型导入动力学仿真软件中,并在动力学仿真软件中建立相应的连接关系,装配成机械多体动力学仿真模型;其中,所述主要机械部件包括刀盘、前盾、中盾、后盾、主驱动、推进油缸组、铰接油缸组、螺旋输送机以及管片拼装机。
2.根据权利要求1所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S200中,联合仿真包括对推进液压系统以及铰接液压系统进行联合仿真,具体包括如下步骤:步骤S201:将电液控制系统仿真模型的速度信号作为原始的控制参数,输入液压系统仿真软件中;步骤S202:液压系统仿真软件运行所述参数,得到动态液压力;步骤S203:将动态液压力作为主动输入信号,传递给机械多体动力学仿真模型;步骤S204:机械多体动力学仿真模型接收所述信号,进行动力学仿真;步骤S205:机械多体动力学仿真模型将动力学仿真产生的速度信号反向传递给电液控制系统仿真模型,对电液控制系统仿真模型的控制参数进行反向修正;步骤S206:输出仿真数据。
3.根据权利要求2所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S200中,联合仿真还包括对螺旋输送机液压系统以及管片拼装机液压系统进行联合仿真,具体是:步骤S211:采用PID控制,将电液控制系统仿真模型的位移信号或者角度信号作为原始的控制参数,传递给机械多体动力学仿真模型;步骤S212:机械多体动力学仿真模型接收所述信号,进行动力学仿真;步骤S213:机械多体动力学仿真模型将动力学仿真产生的力矩信号或者扭距信号反向传递给电液控制系统仿真模型,对电液控制系统仿真模型的控制参数进行反向修正;步骤S214:输出仿真数据。
4.根据权利要求1所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S100中,还包括对支承隧道地质仿真模型进行对标与修正,具体是:根据盾构机实际掘进的历史运行数据,对机械多体动力学仿真模型加载分区液压推进力,对盾体外轮廓上四象限点处的六向衬套单元的六向力学参数进行对标与修正,完成支承隧道地质仿真模型的对标与修正;其中,所述历史运行数据包括盾体中心线轨迹、盾体外轮廓上四象限点处的土压力、液压系统中的分区液压推进力、盾体前段与盾体后段的姿态轨迹以及同时间段内的隧道地质参数。
5.根据权利要求1所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S100中,建立机械多体动力学仿真模型,还需对推进油缸组以及铰接油缸组的仿真模型进行解冗余工作,具体包括如下步骤:步骤S101:按照推进油缸组在盾构机中的分区控制模式进行分区,并在每个油缸与盾体间采用六向衬套单元,用于模拟关节轴承以及阻尼套;步骤S102:根据关节轴承以及阻尼套的结构和材料参数,建立关节轴承以及阻尼套的有限元模型;步骤S103:对六向衬套单元加载单向的单位力或者单位力矩,并求出六向衬套单元的刚度系数,得到六向刚度系数;步骤S104:根据盾构机实际掘进的推进油缸压力、行程以及车体姿态轨迹数据,在机械多体动力学仿真模型中对所述六向刚度参数进行调整与修正,完成解冗余工作。
6.根据权利要求1所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S100中,还包括对机械多体动力学仿真模型进行对标与修正,具体是:根据盾构机实际掘进的历史运行数据,对机械多体动力学仿真模型施加重力载荷并取所需数据,对机械多体动力学仿真模型进行对标与修正;其中,所需数据为推进油缸组分区推力及位移数据、铰接油缸组推力及位移数据、主驱动转速及转矩数据、螺旋输送机液压系统转速及转矩数据、管片拼装机液压系统马达转速及转矩数据、盾构机车身姿态数据以及中心轨迹线数据。
7.根据权利要求1所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S100中,建立电液控制系统仿真模型,具体是:根据盾构机的参数,建立盾构机的电液控制系统原理模型,将所述电液控制系统原理模型在液压系统仿真软件中进行搭建,建立对应的电液控制系统仿真模型,并对所述电液控制系统的子系统进行分区控制建模。
8.根据权利要求7所述的盾构机机电液联合仿真方法,其特征在于,在步骤S100中,还包括对电液控制系统仿真模型进行对标与修正,具体是:根据盾构机实际掘进的历史运行数据,对推进液压系统以及铰接液压系统的对标与修正:取实际液压缸推力、位移以及速度数据,进行闭环仿真,修正液压控制阀、执行机构以及仿真模型的参数;根据盾构机实际掘进的历史运行数据,对螺旋输送机液压系统以及管片拼装机液压系统的对标与修正:采用PID控制马达转速、油缸推力以及位移关系,修正液压系统参数模型。