[发明专利]一种基于数字孪生的工程装备故障智能诊断与自愈控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生的工程装备故障智能诊断与自愈控制系统，属于工程装备自动控制技术领域。该系统包括物理实体模块、数据采集模块、信息处理模块、故障诊断模块、自愈控制模块以及数字孪生模块；数据采集模块实时采集物理实体模块中工程装备运行的信息数据，并将数据传送到数字孪生模块中进行工程装备的数字孪生模拟仿真；同时，数据经过信息处理模块处理后在故障诊断模块中进行智能诊断分析，自愈控制模块对产生的故障进行自愈控制处理；数字孪生模块与其他各模块进行数据交互反馈，实现信息交换和闭环优化。本发明能提高故障预判准确性，减少故障发生率，降低装备维护成本，增强装备运行的稳定性和健壮性，具有广阔的工程应用前景。

技术领域

本发明属于工程装备自动控制技术领域，涉及一种基于数字孪生的工程装备故障智能诊断与自愈控制系统及方法。

背景技术

工程机械装备由众多系统构成，其结构十分复杂，在工程建设过程中通常是野外露天作业，长期受到风吹日晒雨淋等外界因素的影响，工作条件十分恶劣；而且由于施工环境的特殊性使得工程机械装备在施工场地的流动性较大且分布不集中，经常出现各种故障不能及时得到排除，给施工进度和工程质量带来了影响。据统计，工程机械装备故障中有70％是由液压系统故障引起，由于液压系统中各元件和工作介质都是在封闭油路内，其故障不直观，具有隐蔽性、复杂性、随机性、模糊性及分散性等特点。常常是一种故障现象的出现，存在多方面的原因，通常情况下不能立即找出故障部位；与此同时，随着工程装备机电液一体化和智能化水平的提升，其故障检测诊断难度日趋复杂，传统的故障诊断方式已不能适应现代故障诊断需求；因此开展工程装备故障智能诊断及控制处置，提高工程装备运行的稳定性和可靠性是亟需解决的难题。

目前，工程装备的液压系统故障诊断主要有基于传递函数的故障诊断方法(如状态估计方法、参数估计方法、时域分析法、小波分析法等)和基于人工智能的故障诊断方法(如神经网络诊断法、模糊故障树诊断法等)。前者由于需要提取系统特征参数或建立系统控制过程数学模型而导致诊断困难；后者由于专家系统知识难于获取及知识库维护不方便等问题，限制了推广应用。尽管国内外对液压系统故障诊断及控制技术进行了广泛的研究，但实际诊断过程中仍面临许多问题。任何一种单一的故障诊断及控制技术难以胜任工程机械复杂液压系统的现场故障诊断及控制处理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的工程装备故障智能诊断与自愈控制系统及方法，利用数字孪生技术以数字化虚拟模型模拟物理实体在现实环境中的操作行为，实现少样本数据条件下故障快速诊断及故障定位、隔离与处理，推动工程装备故障自愈化；可提高故障预判准确性，减少故障发生率，降低装备维护成本，增强装备运行的稳定性和健壮性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种基于数字孪生的工程装备故障智能诊断与自愈控制系统，包括物理实体模块、数据采集模块、信息处理模块、故障诊断模块、自愈控制模块以及数字孪生模块；

数据采集模块实时采集物理实体模块中工程装备运行的信息数据，并将数据传送到数字孪生模块中进行工程装备的数字孪生模拟仿真；同时，数据经过信息处理模块处理后在故障诊断模块中进行智能诊断分析，自愈控制模块对产生的故障进行自愈控制处理；数字孪生模块处于核心地位，与其他各模块进行数据交互反馈，实现信息交换和闭环优化。

进一步，物理实体模块包括工程装备本体单元、传感设备单元、检测设备单元和信号传输设备单元；工程装备本体单元是指被用于故障诊断分析的工程装备，包括工程装备机械结构本体、驱动工程装备运动和动作的电气及液力装置，以及对应的机电液控制系统；传感设备单元包括用于感知工程装备运行过程中的位移、速度、温升、压力、流量和功耗等信息的传感器件；检测设备单元是指用于检测工程装备的运行状态、系统运动路径、系统工作效率等状态的器件；信号传输设备单元是指用于数据传输和交换的设备接口和网络；物理实体模块的相关信息通过数据采集模块获得，并通过动态链接与数字孪生模块实现交互反馈。