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數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化方法

所屬分類:經(jīng)濟論文 閱讀次 時間:2022-06-11 09:36

本文摘要:摘 要 長距離帶式輸送機是礦山、港口等領(lǐng)域運輸散裝物料的主要工具. 針對長距離帶式輸送機的安全節(jié)能運行問題,本文研究數(shù)字孿生驅(qū)動的運行優(yōu)化方法. 首先, 構(gòu)建由數(shù)字孿生模型、模型同步算法、控制策略和現(xiàn)實帶式輸送機組成的數(shù)字孿生驅(qū)動運行優(yōu)化框架; 然后, 建立數(shù)字

  摘 要 長距離帶式輸送機是礦山、港口等領(lǐng)域運輸散裝物料的主要工具. 針對長距離帶式輸送機的安全節(jié)能運行問題,本文研究數(shù)字孿生驅(qū)動的運行優(yōu)化方法. 首先, 構(gòu)建由數(shù)字孿生模型、模型同步算法、控制策略和現(xiàn)實帶式輸送機組成的數(shù)字孿生驅(qū)動運行優(yōu)化框架; 然后, 建立數(shù)字孿生模型, 包括基于變質(zhì)量牛頓第二定律和有限元分析法的輸送帶動力學(xué)模型、物料流動態(tài)模型和動態(tài)能耗模型; 最后, 提出數(shù)字孿生驅(qū)動的 “計算決策-仿真評估-優(yōu)化校正”(Decision-Simulation-Correction, DSC) 優(yōu)化決策方法, 優(yōu)化帶式輸送機的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運行帶速, 形成可行帶速設(shè)定曲線. 實驗表明, 數(shù)字孿生驅(qū)動的帶式輸送機運行優(yōu)化方法可以實現(xiàn)帶式輸送機安全節(jié)能運行. 與傳統(tǒng)控制方法相比, 能夠根據(jù)運行工況實時調(diào)速, 提高輸送帶填充率, 節(jié)能 13.87%.

  關(guān)鍵詞 長距離帶式輸送機, 數(shù)字孿生, 運行優(yōu)化, 動態(tài)模型

數(shù)字金融技術(shù)

  帶式輸送機是礦山、電廠、港口等領(lǐng)域運輸散裝物料的關(guān)鍵設(shè)備之一[1]. 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展, 帶式輸送機已朝著大運量、長距離的方向發(fā)展, 其運輸效率和運行安全問題日益突出. 帶式輸送機的能耗成本占其運行成本很大一部分[2]. 在煤礦等應(yīng)用帶式輸送機的實際場合中, 傳統(tǒng)的帶式輸送機多以恒定帶速運行, 常處于輕載或空載狀態(tài), 造成能源浪費[3]. 根據(jù)載荷調(diào)節(jié)帶速是有效節(jié)能手段, 但長距離帶式輸送機運行動態(tài)特性明顯, 如果變速時間過短, 將會對各部件產(chǎn)生強烈的沖擊, 進而影響到設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命[4]. 因此, 長距離帶式輸送機的穩(wěn)定、高效運行是一個重要問題.

  目前, 關(guān)于帶式輸送機能效優(yōu)化的研究大多集中在設(shè)備和操作層面[5]. 事實上, 通過引進高效設(shè)備可以達到帶式輸送機節(jié)能的目的, 但會帶來設(shè)備資金的投入增加[6]. 運行優(yōu)化是提高帶式輸送機能源效率的有效方式[7, 8], 其核心是帶速控制[9], 分為主動控制和被動控制兩種方式[10]. 傳統(tǒng)的速度控制為被動控制, 通過人為設(shè)定帶速調(diào)節(jié)帶式輸送機運行,在一定時間內(nèi)帶速是固定的; 主動控制是指通過調(diào)整帶速以匹配給料速率的變化, 可以實現(xiàn)輸送帶填充率的提高, 從而達到提高能源利用率的目的[11].

  目前, 許多學(xué)者對帶式輸送機的主動速度控制進行了研究, 并取得了重要的成果. 例如, Zhang[12] 基于帶式輸送機能耗模型, 建立了帶速優(yōu)化問題, 并提出了帶速設(shè)定值優(yōu)化設(shè)計方法, 能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機的節(jié)能降耗. 但是, 該項研究基于靜態(tài)能耗模型進行優(yōu)化, 并未考慮運載物料動態(tài), 適用于短距離帶式輸送機. Mathaba[13, 14] 建立了運載物料的動態(tài)模型, 提出了帶式輸送機動態(tài)能耗模型, 并建立了以帶速范圍、物料承重范圍、運量需求等為約束條件的優(yōu)化問題, 利用有效集算法提出了帶速設(shè)定值優(yōu)化設(shè)計方法, 節(jié)能效果顯著. 但是, 該項研究沒有考慮設(shè)定速度改變造成的潛在風(fēng)險.

  目前的研究仍然關(guān)注于穩(wěn)態(tài)帶速的節(jié)能效果, 沒有考慮帶式輸送機暫態(tài)運行的動態(tài)特性.長距離帶式輸送機動態(tài)特性明顯, 運行動態(tài)復(fù)雜. 輸送帶在暫態(tài)過程中會存儲或釋放大量的能量,這些能量會在輸送帶內(nèi)部形成動態(tài)張力, 導(dǎo)致輸送帶張力過大或過小[15], 存在潛在風(fēng)險. 暫態(tài)運行的潛在風(fēng)險主要包括輸送帶張裂、滾筒處打滑、物料溢出等[16]. 雖然分析帶式輸送機動態(tài)特性的文獻很多, 但大多集中在帶式輸送機啟停過程[17]. 在文獻 [18]中, 針對帶式輸送機暫態(tài)運行的安全控制問題, 提出了 “估計-計算-優(yōu)化”(Estimation-CalculationOptimization, ECO) 三步法確定帶式輸送機的最小變速時間, 為帶式輸送機暫態(tài)運行優(yōu)化提供了參考. 但是, 該方法的計算環(huán)節(jié)并沒有考慮暫態(tài)運行物料動態(tài)特性的影響. 同時, ECO 三步法無法根據(jù)運行數(shù)據(jù)更新模型參數(shù), 不能實現(xiàn)模型實時更新.

  因此, 建立一個能夠利用高精度模型進行優(yōu)化決策的帶式輸送機控制系統(tǒng)很有必要.自 Grieves 教授在 2003 年首次提出, 數(shù)字孿生技術(shù)便被引入到控制領(lǐng)域中, 為現(xiàn)代控制提供了新的思路[19, 20]. 數(shù)字孿生通過實體模型與虛擬模型之間的信息交互, 可以實現(xiàn)對實體模型的數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)更新、預(yù)測控制和安全監(jiān)控[21, 22], 進而夠做出更準(zhǔn)確的預(yù)測、更理性的決策和更可行的規(guī)劃[23]. 葛世榮等[24] 建立了數(shù)字孿生智采工作面系統(tǒng), 為無人化運行提供了新的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu), 實現(xiàn)了煤炭的安全高效開采.

  江獻良等[21] 提出了一種基于數(shù)字孿生模型的直驅(qū)部件高精度控制方法, 實現(xiàn)了直驅(qū)系統(tǒng)的運動性能優(yōu)化控制. 金杰等[25] 基于數(shù)字孿生技術(shù)設(shè)計了火箭起飛安全系統(tǒng), 可以利用數(shù)字化仿真技術(shù)實現(xiàn)火箭姿態(tài)的優(yōu)化和控制, 為火箭安全起飛提供了保障. 然而, 數(shù)字孿生技術(shù)在帶式輸送機優(yōu)化控制領(lǐng)域缺乏相應(yīng)的研究. 數(shù)字孿生的出現(xiàn)為帶式輸送機的優(yōu)化運行和安全監(jiān)督提供了一個可行的工具, 但如何基于數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)帶式輸送機的節(jié)能、安全運行, 仍然是一個開放的課題.模型是數(shù)字孿生的關(guān)鍵組成部分, 是實現(xiàn)數(shù)字孿生功能的重要前提[26].

  輸送帶動態(tài)模型是模擬和分析輸送帶運行動態(tài)的關(guān)鍵[27]. 早在上世紀(jì) 90 年代就已經(jīng)發(fā)展起對輸送帶有限元模型的研究. Lodewijks等[28] 利用牛頓第二定律推導(dǎo)出輸送帶有限元模型,已被廣泛接受和使用[18, 29]. 周廣林等[29] 基于輸送帶有限元模型, 設(shè)計帶式輸送機啟動曲線, 研究不同啟動時間情況下帶式輸送機系統(tǒng)啟動的穩(wěn)定性. 但是, 上述有限元模型利用傳統(tǒng)的牛頓第二定律建模,忽略了運載物料的動態(tài)特性, 存在一定誤差. 現(xiàn)代帶式輸送機的運輸距離不斷增長, 這增加了帶式輸送機運輸物料時的隨機性、非線性和時變性, 給帶式輸送機的動態(tài)建模帶來一定挑戰(zhàn)[30].

  傳統(tǒng)的帶式輸送機控制是通過人為設(shè)定帶速控制帶式輸送機的運行, 本文的目的是利用數(shù)字孿生技術(shù)形成可行決策的信息和指令, 實現(xiàn)長距離帶式輸送機的監(jiān)測、預(yù)測、優(yōu)化和控制. 本文的主要工作包括: 1) 建立數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化框架; 2) 建立數(shù)字孿生模型,包括基于變質(zhì)量牛頓第二定律和有限元分析法的輸送帶有限元模型、物料流動態(tài)模型和動態(tài)能耗模型;3) 提出數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化方法, 為數(shù)字孿生驅(qū)動的控制系統(tǒng)提供優(yōu)化決策的算法基礎(chǔ), 實現(xiàn)長距離帶式輸送機的高效運行.本文的余下章節(jié)的內(nèi)容安排如下: 第 1 章建立帶式輸送機數(shù)字孿生驅(qū)動運行優(yōu)化框架; 第 2 章建立長距離帶式輸送機數(shù)字孿生模型; 第 3 章提出帶式輸送機運行優(yōu)化方法; 第 4 章進行實驗驗證; 第5 章給出總結(jié).

  1 帶式輸送機數(shù)字孿生驅(qū)動運行優(yōu)化框架

  數(shù)字孿生融合了傳感、通信、仿真、控制等多領(lǐng)域技術(shù)成果[31], 在數(shù)字世界中創(chuàng)建物理實體的虛擬模型, 模擬物理實體在真實環(huán)境中的行為, 并通過虛擬交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等實現(xiàn)物理實體的狀態(tài)監(jiān)測和實時控制[32]. 帶式輸送機由輸送帶、驅(qū)動滾筒、張緊裝置、托輥等裝置組成,通過驅(qū)動滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶運行. 本文設(shè)計的長距離帶式輸送機數(shù)字孿生驅(qū)動運行優(yōu)化框架, 主要包括數(shù)字孿生模型、模型同步算法、控制策略和現(xiàn)實帶式輸送機四個模塊.數(shù)字孿生模型可以鏡像現(xiàn)實帶式輸送機, 預(yù)測優(yōu)化決策的控制效果. 帶式輸送機的建模仿真理論和方法為實現(xiàn)帶式輸送機數(shù)字孿生核心功能奠定了基礎(chǔ). 通過機理建模, 把帶式輸送機運行的各個環(huán)節(jié)抽象為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型, 從而刻畫出各環(huán)節(jié)的復(fù)雜動態(tài)特征.模型同步算法用于更新數(shù)字孿生模型參數(shù). 數(shù)字孿生模型的參數(shù)容易受到物理實體不同操作和環(huán)境條件的影響而發(fā)生變化[21]. 在模型參數(shù)同步階段,通過現(xiàn)實帶式輸送機傳感器采集的數(shù)據(jù), 更新數(shù)字孿生模型狀態(tài), 利用遞推最小二乘法修正數(shù)字孿生模型參數(shù)[1].

  通過模型更新和參數(shù)修正實現(xiàn)自我優(yōu)化和自我更新, 使數(shù)字孿生模型成為物理實體的精確鏡像.建立數(shù)字孿生系統(tǒng)的目的是更好地實現(xiàn)物理實體的優(yōu)化控制, 提高物理實體的運行性能. 因此, 控制策略是基于數(shù)字孿生的優(yōu)化控制中至關(guān)重要的環(huán)節(jié). 在優(yōu)化決策環(huán)節(jié)中, 利用運行信息、靜態(tài)約束、能耗和物料流動態(tài)模型進行決策, 形成優(yōu)化帶速設(shè)定曲線. 基于數(shù)字孿生模型評估帶速設(shè)定曲線的效果, 并對可行帶速設(shè)定曲線進行優(yōu)化校正. 通過仿真評估和優(yōu)化校正的迭代優(yōu)化, 形成可行的帶速設(shè)定曲線, 對現(xiàn)實帶式輸送機進行控制,保證其運行的高效性和安全性.

  2 數(shù)字孿生模型動態(tài)

  模型是數(shù)字孿生系統(tǒng)的核心要素, 針對傳統(tǒng)的輸送帶有限元模型不完全適用于長距離帶式輸送機, 本節(jié)基于變質(zhì)量牛頓第二定律和有限元分析法建立輸送帶動態(tài)模型, 與物料流動態(tài)模型、動態(tài)能耗模型共同組成帶式輸送機數(shù)字孿生機理模型,用于描述帶式輸送機在運行過程中的動態(tài)特性.

  2.1 輸送帶動力學(xué)模型

  輸送帶主要由鋼絲繩芯、橡膠組成, 其動力學(xué)模型是數(shù)字孿生模型的重要組成部分, 建立能夠準(zhǔn)確描述輸送帶動態(tài)的動力學(xué)模型是模擬輸送帶運行的關(guān)鍵所在. 本節(jié)基于變質(zhì)量牛頓第二定律和有限元分析法, 建立輸送帶動力學(xué)模型.

  3 數(shù)字孿生驅(qū)動的帶式輸送機運行優(yōu)化方法

  帶式輸送機系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合性運輸系統(tǒng), 涉及到多個設(shè)備融合和技術(shù)的集成, 其運行優(yōu)化控制涉及經(jīng)濟性、安全性兩個方面, 是一個極其困難而且復(fù)雜的問題. 帶式輸送機優(yōu)化控制的實現(xiàn)可以大幅度提高運輸效率、設(shè)備安全, 降低能源動力成本, 減少人員的工作量[35, 36]. 本節(jié)面向長距離帶式輸送機的安全、高效運行, 基于數(shù)字孿生可以預(yù)測物理實體全生命周期過程的特點, 研究帶式輸送機運行優(yōu)化方法.

  3.1 基于數(shù)字孿生模型的 DSC 優(yōu)化策略

  為了實現(xiàn)帶式輸送機運行優(yōu)化, 本文提出基于數(shù)字孿生模型的 DSC 優(yōu)化策略. 該優(yōu)化策略包括計算決策、仿真評估和優(yōu)化校正三部分,集決策、預(yù)測、分析和校正于一體, 通過決策算法、數(shù)字孿生模型和現(xiàn)實帶式輸送機的協(xié)同工作實現(xiàn)優(yōu)化控制, 從而保證帶式輸送機的安全、經(jīng)濟運行.

  假設(shè)給料速率已知, DSC 優(yōu)化策略能夠根據(jù)帶式輸送機的運行數(shù)據(jù), 通過計算決策環(huán)節(jié)形成優(yōu)化帶速設(shè)定曲線. 然后, 仿真評估環(huán)節(jié)預(yù)測優(yōu)化帶速設(shè)定曲線可能出現(xiàn)的控制效果, 并做出安全評估. 優(yōu)化校正環(huán)節(jié)依據(jù)評估結(jié)果校正優(yōu)化帶速設(shè)定曲線, 經(jīng)過優(yōu)化校正和仿真評估的循環(huán)迭代, 最終形成可行的優(yōu)化帶速設(shè)定曲線, 對現(xiàn)實帶式輸送機進行優(yōu)化控制.計算決策環(huán)節(jié)包括帶式輸送機穩(wěn)態(tài)帶速和暫態(tài)帶速的設(shè)計. 該環(huán)節(jié)基于已知給料速率和當(dāng)前運行帶速, 通過設(shè)定穩(wěn)態(tài)運行帶速, 調(diào)節(jié)輸送帶填充率,優(yōu)化帶式輸送機的實際運行功率, 從而達到節(jié)能運行的目的.

  通過設(shè)計暫態(tài)帶速實現(xiàn)帶式輸送機在不同穩(wěn)態(tài)帶速之間的安全過渡, 保證帶式輸送機的安全運行.仿真評估環(huán)節(jié)包括仿真模擬和安全評估. 基于帶式輸送機數(shù)字孿生模型, 按照帶速設(shè)定曲線虛擬運行, 預(yù)測優(yōu)化其優(yōu)化效果, 并判斷其虛擬運行是否在安全運行范圍之內(nèi). 帶式輸送機運行是一個復(fù)雜的動態(tài)過程, 一旦發(fā)生安全事故, 會造成停產(chǎn)、人員傷亡等嚴(yán)重后果[37]. 因此, 本環(huán)節(jié)從物料溢料、皮帶打滑、皮帶張裂方面對帶式輸送機的安全運行做出評估, 通過鏡像物料流和輸送帶張力分析分別評估物料溢料風(fēng)險和皮帶打滑、張裂風(fēng)險.優(yōu)化校正環(huán)節(jié)依據(jù)評估結(jié)果對有潛在危險的優(yōu)化帶速曲線進行校正, 校正后的優(yōu)化帶速曲線繼續(xù)進行仿真評估和優(yōu)化校正, 直至消除潛在危險.

  當(dāng)預(yù)知時域內(nèi)給料速率發(fā)生變化時, 觸發(fā) DSC 優(yōu)化策略, 其控制流程為:1) 計算決策: 獲取帶式輸送機運行數(shù)據(jù), 按照運行優(yōu)化算法設(shè)計下一穩(wěn)態(tài)最優(yōu)帶速 v*和暫態(tài)變速時間 Dt, 由穩(wěn)態(tài)最優(yōu)帶速 v*和暫態(tài)優(yōu)化帶速 vs 形成優(yōu)化帶速設(shè)定曲線.2) 仿真評估: 利用感知狀態(tài)量、數(shù)字孿生模型,通過仿真模擬環(huán)節(jié)預(yù)測步驟:

  (1) 設(shè)定穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)帶速的運行效果, 并判斷仿真結(jié)果是否存在潛在的危險, 如果不存在潛在危險, 則將步驟 (1) 形成的可行帶速設(shè)定曲線; 否則, 進行優(yōu)化校正.3) 優(yōu)化校正: 針對步驟 (2) 反饋的潛在風(fēng)險按照相應(yīng)的校正策略對穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)帶速進行校正, 形成校正優(yōu)化帶速設(shè)定曲線, 繼續(xù)重復(fù)步驟 (2) 和步驟 (3) 至消除潛在風(fēng)險, 將最終的設(shè)定帶速形成可行帶速設(shè)定曲線傳遞給控制器, 控制器對帶式輸送機進行速度控制.綜上所述, DSC 優(yōu)化策略的輸入為預(yù)知給料速率和當(dāng)前運行帶速, 利用數(shù)字孿生模型預(yù)測帶式輸送機在優(yōu)化帶速設(shè)定曲線下的運行效果, 輸出為可行帶速設(shè)定曲線. 本策略消除帶速設(shè)定曲線的潛在危險, 保證了帶式輸送機運行的有效性和安全性,提高了帶式輸送機的運行效率, 降低運行成本.

  3.2 穩(wěn)態(tài)帶速設(shè)定

  根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn) DIN 22 101, 通過匹配帶速與運輸物料量, 能使整個輸送帶始終處于滿載狀態(tài), 可以實現(xiàn)節(jié)能[11].

  3.3 暫態(tài)帶速設(shè)定

  暫態(tài)為帶式輸送機處于啟停、加減速等速度過渡階段的運行狀態(tài). 長距離帶式輸送機動態(tài)特性明顯, 變速時會在輸送帶中形成很大的應(yīng)力波, 劇烈的變速會使輸送帶處于不穩(wěn)定狀態(tài), 產(chǎn)生過多的應(yīng)力循環(huán), 減少帶式輸送機的壽命, 甚至導(dǎo)致溢料、斷帶等危險的發(fā)生[39], 因此需要較長的變速時間來避免上述危險. 另一方面, 暫態(tài)時間過長會影響帶式輸送機的節(jié)能效果. 針對上述兩種問題, 本節(jié)在分析帶式輸送機靜態(tài)受力和物料動態(tài)的基礎(chǔ)上, 提出暫態(tài)優(yōu)化控制策略.

  3.4 基于仿真評估的優(yōu)化

  校正造成潛在風(fēng)險的原因可以分為設(shè)備原因和操作原因. 對于設(shè)備原因, 需要更換合適的部件以消除風(fēng)險. 本文僅考慮操作原因, 利用操作優(yōu)化消除潛在運行風(fēng)險. 由于需要調(diào)整帶速以匹配給料速率的變化, 從而充分利用帶式輸送機的運載能力, 當(dāng)給料速率變化時, 設(shè)定不適當(dāng)?shù)姆(wěn)態(tài)帶速將會使帶式輸送機面臨溢料的風(fēng)險, 不適當(dāng)?shù)淖兯賱t會造成輸送帶張緊力過大、輸送帶打滑、溢料等潛在風(fēng)險[39].DSC 計算決策環(huán)節(jié)將輸送帶視為剛體, 從而進行帶速的初步優(yōu)化, 沒有考慮輸送帶動力學(xué)和物料溢出的影響. 如果直接應(yīng)用于帶式輸送機控制, 可能會造成打滑、斷帶等安全問題. 因此, 在形成優(yōu)化帶速設(shè)定曲線之后, 需要從動力學(xué)角度對其安全性進行分析. 本節(jié)基于數(shù)字孿生模型對優(yōu)化帶速設(shè)定曲線的控制效果進行仿真評估, 針對不同的潛在風(fēng)險制定了優(yōu)化校正策略, 能夠針對不同的評估結(jié)果, 對優(yōu)化帶速設(shè)定曲線進行校正, 達到對帶式輸送機運行帶速的安全規(guī)劃.

  4 實驗驗證

  為了驗證數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化方法的有效性, 本文利用 PLC 和 dSPACE根據(jù)搭建了半實物仿真實驗平臺. 開展帶式輸送機運行優(yōu)化控制實驗, 主要實驗內(nèi)容有兩個: 暫態(tài)安全性實驗和穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟性實驗.

  在定速控制中, 不考慮暫態(tài)軟變速, 輸送帶各微元段帶速, 在啟動前期, 各微元段帶速變化幅值較大, 啟動不穩(wěn)定, 加速度超過帶式輸送機的所允許的范圍. 在啟動時, 遠超最大緊側(cè)張力, 存在輸送帶打滑風(fēng)險. 驅(qū)動滾筒處張力瞬時變化, 其中, 虛線為上下限, 在前 10 s, 驅(qū)動滾筒處瞬時張力變化幅度大, 遠超設(shè)定的安全范圍, 這極易造成輸送帶斷帶事故.兩次控制方式的輸送帶填充率,在 0~1 h, 兩種控制方式的給料速率和帶速均為額定數(shù)值, 因此, 兩種控制方式的填充率是相似的.在 1~4 h, 定速控制方式的輸送帶填充率受給料速率的影響, 填充率的大小在 60 %~100 %; DSC 策略通過速度調(diào)節(jié), 使帶式輸送機填充率達到 99%~100%, 最大化利用帶式輸送機的運輸能力.兩種控制方式在仿真周期的能耗功率, 在 0~1 h, 兩種方式的給料速率和速度是一致的, 能耗功率相似.

  在 1~4 h, 與定速控制相比,DSC 策略通過速度調(diào)節(jié), 最大化輸送帶填充率, 達到了一定的節(jié)能效果. 在整個仿真過程中, 數(shù)字孿生驅(qū)動的優(yōu)化控制節(jié)能率達到了 13.87%.綜上所述, 數(shù)字孿生驅(qū)動的運行優(yōu)化方法不但能夠通過設(shè)定暫態(tài)帶速, 保證帶式輸送機在變速過程的安全運行, 而且能夠通過穩(wěn)態(tài)帶速的設(shè)定, 充分利用帶式輸送機的運輸能力, 最大化輸送帶填充率. 與傳統(tǒng)模式相比, 在運輸同等量物料的情況下,數(shù)字孿生驅(qū)動的運行優(yōu)化能夠消耗更少電能, 安全性更高, 保證了帶式輸送機運行的有效性和經(jīng)濟性.

  數(shù)字論文范例:城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的社會風(fēng)險演化及防范對策研究

  5 總結(jié)

  本文提出了數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化方法, 解決長距離帶式輸送機運行過程中的能源浪費和潛在風(fēng)險問題. 主要貢獻為: 1) 提出了數(shù)字孿生驅(qū)動的長距離帶式輸送機運行優(yōu)化控制架構(gòu); 2) 根據(jù)變質(zhì)量牛頓第二定律和有限元分析法建立了輸送帶動力學(xué)模型, 與物料流動態(tài)模型和動態(tài)能耗模型共同組成了帶式輸送機數(shù)字孿生模型;3) 提出了數(shù)字孿生驅(qū)動的帶式輸送機運行優(yōu)化方法, 設(shè)定帶式輸送機穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運行帶速, 形成可行的帶速設(shè)定曲線. 本文利用半實物仿真實驗平臺實驗驗證所提方法的可行性和有效性. 實驗結(jié)果表明,數(shù)字孿生驅(qū)動的運行優(yōu)化方法能夠保證帶式輸送機安全運行, 提高了輸送帶填充率, 實現(xiàn)帶式輸送機節(jié)能高效運行. 本文基于數(shù)字孿生技術(shù)的優(yōu)化控制策略對于復(fù)雜裝備和工業(yè)系統(tǒng)的運行優(yōu)化有一定借鑒意義.

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  作者:楊春雨 1 卜令超1 陳 斌 1

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