[發明專利]一種基于數字孿生的工程裝備故障智能診斷與自愈控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010536835.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111596604B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 陳昭明;石明全;鄒勁松;應澤
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院;重慶大學
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;G05B23/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于數字孿生的工程裝備故障智能診斷與自愈控制系統，屬于工程裝備自動控制技術領域。該系統包括物理實體模塊、數據采集模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊、自愈控制模塊以及數字孿生模塊；數據采集模塊實時采集物理實體模塊中工程裝備運行的信息數據，并將數據傳送到數字孿生模塊中進行工程裝備的數字孿生模擬仿真；同時，數據經過信息處理模塊處理后在故障診斷模塊中進行智能診斷分析，自愈控制模塊對產生的故障進行自愈控制處理；數字孿生模塊與其他各模塊進行數據交互反饋，實現信息交換和閉環優化。本發明能提高故障預判準確性，減少故障發生率，降低裝備維護成本，增強裝備運行的穩定性和健壯性，具有廣闊的工程應用前景。

技術領域

本發明屬于工程裝備自動控制技術領域，涉及一種基于數字孿生的工程裝備故障智能診斷與自愈控制系統及方法。

背景技術

工程機械裝備由眾多系統構成，其結構十分復雜，在工程建設過程中通常是野外露天作業，長期受到風吹日曬雨淋等外界因素的影響，工作條件十分惡劣；而且由于施工環境的特殊性使得工程機械裝備在施工場地的流動性較大且分布不集中，經常出現各種故障不能及時得到排除，給施工進度和工程質量帶來了影響。據統計，工程機械裝備故障中有70％是由液壓系統故障引起，由于液壓系統中各元件和工作介質都是在封閉油路內，其故障不直觀，具有隱蔽性、復雜性、隨機性、模糊性及分散性等特點。常常是一種故障現象的出現，存在多方面的原因，通常情況下不能立即找出故障部位；與此同時，隨著工程裝備機電液一體化和智能化水平的提升，其故障檢測診斷難度日趨復雜，傳統的故障診斷方式已不能適應現代故障診斷需求；因此開展工程裝備故障智能診斷及控制處置，提高工程裝備運行的穩定性和可靠性是亟需解決的難題。

目前，工程裝備的液壓系統故障診斷主要有基于傳遞函數的故障診斷方法(如狀態估計方法、參數估計方法、時域分析法、小波分析法等)和基于人工智能的故障診斷方法(如神經網絡診斷法、模糊故障樹診斷法等)。前者由于需要提取系統特征參數或建立系統控制過程數學模型而導致診斷困難；后者由于專家系統知識難于獲取及知識庫維護不方便等問題，限制了推廣應用。盡管國內外對液壓系統故障診斷及控制技術進行了廣泛的研究，但實際診斷過程中仍面臨許多問題。任何一種單一的故障診斷及控制技術難以勝任工程機械復雜液壓系統的現場故障診斷及控制處理。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于數字孿生的工程裝備故障智能診斷與自愈控制系統及方法，利用數字孿生技術以數字化虛擬模型模擬物理實體在現實環境中的操作行為，實現少樣本數據條件下故障快速診斷及故障定位、隔離與處理，推動工程裝備故障自愈化；可提高故障預判準確性，減少故障發生率，降低裝備維護成本，增強裝備運行的穩定性和健壯性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、一種基于數字孿生的工程裝備故障智能診斷與自愈控制系統，包括物理實體模塊、數據采集模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊、自愈控制模塊以及數字孿生模塊；

數據采集模塊實時采集物理實體模塊中工程裝備運行的信息數據，并將數據傳送到數字孿生模塊中進行工程裝備的數字孿生模擬仿真；同時，數據經過信息處理模塊處理后在故障診斷模塊中進行智能診斷分析，自愈控制模塊對產生的故障進行自愈控制處理；數字孿生模塊處于核心地位，與其他各模塊進行數據交互反饋，實現信息交換和閉環優化。

進一步，物理實體模塊包括工程裝備本體單元、傳感設備單元、檢測設備單元和信號傳輸設備單元；工程裝備本體單元是指被用于故障診斷分析的工程裝備，包括工程裝備機械結構本體、驅動工程裝備運動和動作的電氣及液力裝置，以及對應的機電液控制系統；傳感設備單元包括用于感知工程裝備運行過程中的位移、速度、溫升、壓力、流量和功耗等信息的傳感器件；檢測設備單元是指用于檢測工程裝備的運行狀態、系統運動路徑、系統工作效率等狀態的器件；信號傳輸設備單元是指用于數據傳輸和交換的設備接口和網絡；物理實體模塊的相關信息通過數據采集模塊獲得，并通過動態鏈接與數字孿生模塊實現交互反饋。