[发明专利]一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法

权利要求书

1.一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，包括物理样机系统、数据通讯系统、数据解码系统、优化计算系统、数据融合系统、孪生仿真系统和存储系统，其中物理样机系统是利用不同类型传感器来进行多源数据的采集并作为物理样机的关键信息输入量，然后利用所述的数据通讯系统将采集的数据传递给数据解码系统，数据解码系统进行数据的解码、清洗和简化处理，获得物理样机的关键信息并导入所述的优化计算系统中进行机、电、液、控多学科优化求解，数据融合系统基于优化求解后的结果和系统中历史数据进行数据融合，完成数据的多源、高维、高保真的融合，获得可利用的渲染数据和物理样机的高精度控制方式；在所述的孪生仿真系统中借助图形渲染技术映射为物理样机高精度的孪生体，基于获得的高精度控制方式绘制高保真、直观可信的物理样机内部结构关系变化图，可作为重要的历史数据对后期的孪生体模型进行修正和优化；所述的存储系统是将优化计算的结果和孪生体渲染的结果进行存储。

2.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的物理样机系统包括堆取料机的行走装置、回转装置、俯仰装置、斗轮装置和配重；所述的行走装置是堆取料机的基础单元，为监测堆取料机不同位置不同工况的行为提供行走动力；所述的回转装置包括多种不同类型的工业传感器，用来对堆取料机进行监测采集不同工况的实时数据；所述的俯仰装置用来调节堆取料机的作业高度，用于监测不同取料姿态下的性能；所述的斗轮装置是堆取料机对散料的挖掘取料单元，用来收集不同料堆取料时的挖掘阻力；所述的配重用来平衡堆取料机在堆取料过程中的受力，通过施加配重可获得优化后的堆取料机在不同工况下的应力、变形，为孪生体模型的修改和优化提供数据。

3.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据通讯系统是对采集到的不同类型的数据进行接收和发送；针对不同类型传感器采集到的采集信号，采用CAN总线、WIFI或蓝牙技术，完成有线和无线的传输，在通讯协议遴选时应保证数据传递速率不低于10Gbit/s。

4.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据解码系统能够实现对采集到的数据进行解码、数据清洗；对于不同类型的传感器的信息数据进行简单分类，利用AI算法对不同工况采集的数据进行降噪处理。

5.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的优化计算系统包括群智能优化算法、多学科协同优化策略、有限元静力学/动力学分析以及可靠性计算；结合堆取料机高能耗的特点，采用多学科多目标协同优化策略充分考虑结构与控制参数的最佳匹配关系，同时考虑系统的振动频率和可靠性的影响；通过构建数字模型对其进行优化，获得堆取料机的结构与控制的最佳配置关系。

6.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据融合系统包含数据扩容模块和数据转化模块；所述的数据扩容模块以优化后获得的最优速度曲线为基础，充分考虑堆取料机和料堆参数之间的关系，进而解得最小能耗下堆取料机的布局方案和电机运行方式；所述的数据转化模块将多类型传感器测得的数据与优化计算的结果进行融合，为所述的孪生仿真系统提供实时数据。

7.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的孪生仿真系统基于所述的优化计算系统和数据融合系统结果，将堆取料机在工作过程中的实时应力、变形、振动及系统能耗进行忠实的映射，进而实现对堆料机的实时监测和性能评估，降低安全隐患和事故的发生；通过调整设计参数和约束条件，实现对堆取料机从产品研发、制造到后期运维的全生命周期管理。

8.如权利要求1所述的一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，其特征在于，所述的存储系统是将优化计算系统的结果和孪生仿真系统的结果对其进行保存。