[發明專利]一種FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法

有效

• 申請號: 201910192124.7
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109871651B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 李慶偉;姜鵬;李輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京邦創至誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11717
• 代理人: 吳強

本發明公開了一種FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，數字雙胞胎技術是一種將設備的數字信息與該設備運行中實時獲取的數據流相結合，通過仿真分析，進而獲得實際設備真實運行狀態的一種新興技術。數字雙胞胎技術可以使設備運營人員獲取一些無法在設備運行時進行采集，或者采集的數據量不能滿足故障診斷需求的數據。通過分析這些數據，就可以掌握設備的實際運行狀態，對設備故障進行提前預測，進而實現對設備的視情維修(Condition Based Maintenance,CBM)。本方法利用FAST主動反射面上已布置的高精度傳感器和測量設備，通過采用迭代算法，完成了FAST主動反射面數字雙胞胎的構建，為進行FAST主動反射面的故障預測及健康管理研究打下了良好的基礎。

技術領域

本發明涉及數字雙胞胎構建方法領域,尤其是涉及一種FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法。

背景技術

500m口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter aperture spherical radiotelescope,FAST)是世界上最大的單口徑射電望遠鏡。該望遠鏡反射面采取主動變位的獨特工作方式,可根據觀測天體的角度，在500m口徑反射面的不同區域，形成直徑為300m的拋物面。該望遠鏡的工作頻率在70MHz～3GHz之間。

為了實現反射面的主動變位特性，FAST采用柔性索網作為主要支承結構。索網結構共包括6670根主索和2225個主索節點，索網周邊固定在圈梁上。FAST的圈梁為直徑約500m的11m×5.5m環形桁架，重量約5350噸。圈梁支撐格構柱共50個，高度在6m-50m不等的格構柱上。索網的每個主索節點設置單根下拉索，通過促動器拖動下拉索來控制索網變位，從而在500m口徑范圍內的不同區域形成300m口徑的拋物面。

FAST進入正式運行階段后，其運行維護工作將成為運營工作的重中之重。作為FAST三大技術創新之一的主動反射面不但具有跨度大、精度高的特點，而且采用主動變位的獨特工作模式。主動變位的反射面結構是FAST與傳統結構的最大區別，這一開創性的設計方案在世界上也是獨一無二的。

由于FAST主動反射面的獨特性，完全采用傳統的定期檢修+事后維修的維護模式，不能滿足其維護需求。FAST需要一種可以進行故障預測的先進的維護方法，來保障FAST的健康安全運行。

隨著自動化技術和信息技術的快速發展,各種復雜的大型設備不斷涌現，這些設備在帶來工作效率提升的同時，也帶來了維護困難的問題。傳統的定期檢修+事后維修的維護方式耗費巨大，且效率很低，已不能滿足這類設備的運行維護需求，尋求一種既便捷可靠又經濟高效的運行維護方式成為相關領域專家競相研究的熱點。基于狀態的視情維修(Condition Based Maintenance,CBM)的故障預測和健康管理(Prognostics and HealthManagement,PHM)技術就是在這一背景下應運而生并不斷發展壯大的。

對于PHM技術來說，如何進行故障預測是其最大的技術瓶頸。目前用于PHM的故障預測技術一般分為三類：基于可靠性理論的預測方法、基于數據驅動的預測方法和基于模型的預測方法。其中以基于模型的預測方法最為準確，而且該方法不像其他方法那樣需要進行足夠數量的機器學習或者有足夠樣本數的概率統計，才能保證預測結果的相對準確。但由于基于模型的預測方法的難度和成本很大，使其不能得到廣泛應用。

幸運的是，數字雙胞胎(Digital Twin,DT)技術的出現，使得本項目可以突破PHM技術的瓶頸，采用預測精度最高的基于模型的預測方法，構建適合FAST主動反射面運行維護的PHM系統。