[发明专利]一种基于数字孪生技术的锂电池极片轧机控制方法及系统

说明书

本发明公开一种基于数字孪生技术的锂电池极片轧机控制方法及系统，该控制方法首先建立锂电池极片轧机数字孪生虚拟模型，并通过新型轧机控制系统实现数字空间与物理空间的关联，借助构建的数字孪生体可有效的增强轧机运行时的可视化程度，促进实际控制策略的改进与故障情况的预测与诊断。该控制系统包含由主控系统、信息收集模块、驱动模块、信息传输模块构成的控制单元，以嵌入式开发板的方式实现。本发明控制方法及系统提前对加工过程进行预测，进而优化加工参数，使实际加工的结果满足加工质量要求，改变了现有管控方法过于滞后的现状。

技术领域

本发明属于锂电池极片轧机设备的智能控制领域，更具体的说涉及了一种基于数字孪生技术的锂电池极片轧机控制方法及系统。

背景技术

数字孪生是通过建立物理实体的虚拟仿真模型，结合传感器信息采集技术，将物理实体设备的运行反馈到所建立的虚拟仿真模型中，完成真实环境的行为、规则、策略等信息的展示与反馈，从而实现实际设备的全生命周期系统检测、过程展示和系统优化等功能。

锂电池极片轧机作为锂离子电池生产中的关键一环，其自动化程度越来越高，控制系统正在朝着系统精密化、互联化、产品市场全球化、生产模式智能化的方向发展。

在现有的锂电池极片轧机设备的控制过程中，主要以PLC和嵌入式技术为主，其主要通过I/O点与各类型驱动器、变频器、伺服放大器、传感器等外部设备相连，实现锂电池极片轧机整体控制。该方法虽然可以控制极片轧机设备进行锂电池极片的轧制工作，但是也存在着一些待优化的问题：控制系统的信息集成能力不强，控制系统对设备的信息获取能力有限；缺少对锂电池极片轧机整体运作模式的反馈，难以实现系统控制策略的改进与优化；缺乏故障预测及分析手段，多依赖人为观察判断。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于数字孪生技术的锂电池极片轧机控制方法及系统。该控制方法首先建立锂电池极片轧机数字孪生虚拟模型，并通过新型轧机控制系统实现数字空间与物理空间的关联，借助构建的数字孪生体可有效的增强轧机运行时的可视化程度，促进实际控制策略的改进与故障情况的预测与诊断。该控制系统包含由主控系统、信息收集模块、驱动模块、信息传输模块构成的控制单元，以嵌入式开发板的方式实现。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种基于数字孪生技术的锂电池极片轧机控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在上位机上构建锂电池极片轧机虚拟样机，进行初步仿真

首先对锂电池极片轧机控制对象进行分类，将其具体划分为机械结构、伺服系统、驱动组件和辅助部件四个部分，为后续数字空间的锂电池极片轧机的模型建立奠定基础；其中机械结构部分涵盖了轧机放卷装置、轧机收卷装置、轧机轧辊、轧机牌坊、轧机轨座，这些构成了锂电池极片轧机的主体部分；伺服系统为锂电池极片轧机中的闭环反馈系统，分为收放卷张力系统、收放卷纠偏系统和间隙调整系统三个部分；驱动组件为锂电池极片轧机中的受控单元，包括伺服电机、磁粉制动器、变频器和气液增压泵四部分；同时锂电池极片轧机生产极片的过程中还涉及到了一些必要的辅助部件，包括切刀平台、液压系统、收放卷气胀轴、导辊和辅助穿带机构；根据上述的锂电池极片轧机控制对象，分析并采集其中的机械结构参数，同时结合动力学、复杂空间环境、执行机构的机械结构，在SolidWorks中完成数字空间的锂电池极片轧机主体模型搭建；