基于硬件在环仿真的采煤机数字孪生模型建模方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115906336A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202310016315.4G06F16/904(2019.01)(22)申请日2023.01.06G06F17/16(2006.01)G06F119/14(2020.01)(71)申请人常熟天地煤机装备有限公司地址215500江苏省苏州市常熟市虞山镇嘉兴路18号申请人中煤科工集团上海有限公司(72)发明人庄德玉赵国瑞罗昆刘经纬刘博(74)专利代理机构上海申维新成知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31471专利代理师李建新(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称基于硬件在环仿真的采煤机数字孪生模型建模方法及系统(57)摘要本发明涉及基于硬件在环仿真的采煤机数字孪生模型建模方法及系统。该方法包括以下步骤：采煤机电控系统接收控制指令，并分解为采煤机执行机构对应的执行器动作指令；将执行器动作指令输入至采煤机执行机构模型中并仿真获得虚拟传感及保护信号；将所述信号作为数字传感器响应输出至模型降阶及显示系统中；通过信号分解器将所述信号解耦并将数据展示为常规数据可视化模型、应力可视化模型、运动可视化模型；将以上各可视化模型融合为综合可视化数字孪生模型。本发明基于数字孪生技术将采煤机状态数据输入孪生模型，通过模型再生可视化地将采煤机工作过程可视化，并可以通过虚拟传感器反映采煤机自身健康状态，实现采煤机远程综合可视化控制。CN115906336ACN115906336A权利要求书1/2页1.一种基于硬件在环仿真技术的采煤机数字孪生模型综合可视化建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤I：采煤机电控系统接收自所述采煤机的控制指令输入模块输入的采煤机控制指令，并通过控制指令分解模块将所述采煤机控制指令分解为采煤机执行机构对应的执行器动作指令；步骤II：将所述执行器动作指令输入至采煤机执行机构模型中，通过所述采煤机执行机构模型的采煤机执行机构运动模型中的摇臂模型和牵引模型仿真获得虚拟传感及保护信号；步骤III：将所述虚拟传感及保护信号作为数字传感器响应输出至模型降阶及显示系统中；步骤IV：在所述模型降阶及显示系统中，通过信号分解器将所述虚拟传感及保护信号解耦并将解耦得到的采煤机阈值保护及采煤机工作状态数据展示为常规数据可视化模型、将解耦得到的所述采煤机执行机构反馈的应力数据传输至应力模型中并在进行数学模型降阶处理后展示为应力可视化模型、将解耦得到的所述采煤机执行机构的姿态数据展示为运动可视化模型；以及步骤V：将所述常规数据可视化模型、所述应力可视化模型及所述运动可视化模型中的数据融合为综合可视化数字孪生模型。2.如权利要求1所述的采煤机数字孪生模型综合可视化建模方法，其特征在于，所述采煤机执行机构运动模型为数学仿真模型，所述方法还包括如下步骤：根据所述数学仿真模型的响应信号及所述采煤机电控系统的采煤机真实响应信号的差异函数对所述数学仿真模型的模型参数进行收敛，将所述数学仿真模型收敛至与所述采煤机执行机构的真实运动模型一致。3.如权利要求2所述的采煤机数字孪生模型综合可视化建模方法，其特征在于，所述采煤机执行机构运动模型在运行前进行模型初始化，所述模型初始化通过模型变量初始化模块进行处理，并且，所述收敛的过程包括以下步骤：所述控制指令分解模块将所述采煤机控制指令以及时序输入所述采煤机执行机构运动模型中的时序参数表中，所述采煤机真实响应信号将所述采煤机的实时状态数据输入到所述采煤机执行机构运动模型的状态参数表中，所述采煤机执行机构运动模型中的数据读取组件将所述时序参数表及所述状态参数表中的时序参数及状态参数读入所述摇臂模型及所述牵引模型中进行实时计算仿真，所述实时计算仿真的结果通过采煤机整机降阶模型输出至参数转换提取模块中，所述参数转换提取模块将所述采煤机执行机构运动模型的输出状态变量通过所述摇臂模型及所述牵引模型进行初始化参数自收敛，最终得到下一个周期的所述采煤机执行机构运动模型的模型变量并输出至所述模型变量初始化模块中存储。4.如权利要求1所述的采煤机数字孪生模型综合可视化建模方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：通过所述采煤机执行机构模型进行环境应力及电应力虚拟测量，使所述环境应力及电应力虚拟测量具有与真实的所述采煤机相同的预警及故障保护逻辑；将所述采煤机的预警及故障保护逻辑的时序与所述采煤机执行机构模型的预警及故障保护逻辑的时序相比较，并对所述采煤机执行机构模型的预警及故障保护逻辑进行实时2CN115906336A权利要求书2/2页矫正。5.如权利要求1所述的采煤机数字孪生模型综合可视化建模方法，其特