本發(fā)明屬于電力設(shè)備控制，特別涉及一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
1、在電力設(shè)備中，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于斷路器操作，在電力系統(tǒng)中起到重要作用。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到斷路器的動(dòng)作特性與設(shè)備安全。凸輪的主要作用是控制和引導(dǎo)操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各個(gè)部件進(jìn)行工作。然而，隨著設(shè)備長期運(yùn)行，可能導(dǎo)致凸輪磨損、變形或與配件之間的配合不當(dāng)，影響斷路器合閘過程的精度和可靠性，導(dǎo)致設(shè)備性能衰退甚至失效。因此，選擇合適的方法對凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測反饋，并對偏差做出調(diào)整控制具有重要的意義。
2、傳統(tǒng)的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪狀態(tài)檢測通常依賴于定期維護(hù)、人工檢查，在設(shè)備出現(xiàn)問題后才進(jìn)行修復(fù)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測和反饋機(jī)制較為滯后，無法根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法在突發(fā)情況下做出迅速反應(yīng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的，在于提供一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整裝置，旨在通過結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，對彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，并利用虛擬模型進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測與反饋控制，調(diào)整電磁鐵電壓和彈簧壓縮量，從而確保凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡滿足預(yù)期要求，提升系統(tǒng)運(yùn)行精度和穩(wěn)定性，降低調(diào)試時(shí)間與成本。
2、為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
3、一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整裝置，包括，
4、數(shù)據(jù)獲取模塊，被配置為獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)、合閘彈簧壓力數(shù)據(jù)、電磁鐵電壓數(shù)據(jù)；
5、數(shù)字孿生模型模塊，被配置為利用多體動(dòng)力學(xué)模型建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的虛擬仿真模型，通過所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對所述虛擬仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；
6、凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化模塊，被配置為利用優(yōu)化算法計(jì)算出期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)際軌跡進(jìn)行對比，確定軌跡誤差；以及，
7、控制調(diào)整模塊，被配置為根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整彈簧的壓縮量及電磁鐵電壓，使凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望值。
8、其中，數(shù)據(jù)獲取模塊獲取凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，包括，
9、使用激光束照射到凸輪的某個(gè)特定點(diǎn)，根據(jù)所述激光束的反射時(shí)間或角度變化計(jì)算凸輪的位置變化。
10、其中，數(shù)據(jù)獲取模塊獲取合閘彈簧壓力數(shù)據(jù)，包括，使用壓電式壓力傳感器獲取合閘彈簧的壓力數(shù)據(jù)；
11、數(shù)據(jù)獲取模塊獲取電磁鐵電壓數(shù)據(jù)，包括，使用電壓傳感器測量電磁鐵兩端的電壓，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。
12、其中，數(shù)據(jù)獲取模塊獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括，
13、將獲取的數(shù)據(jù)先采用卡爾曼濾波去噪，然后進(jìn)行歸一化處理。
14、其中，所述數(shù)字孿生模型模塊中，利用拉格朗日方程建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，描述凸輪的動(dòng)態(tài)行為。
15、其中，所述凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化模塊利用貝葉斯優(yōu)化算法最小化軌跡誤差及能量消耗，優(yōu)化電磁鐵電壓和彈簧壓縮量，使實(shí)際位移yactual與期望值ydesired的差距在閾值范圍內(nèi)。
16、其中，所述控制調(diào)整模塊根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差計(jì)算pid輸出；當(dāng)pid輸出為正時(shí)，增加電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力；當(dāng)pid輸出為負(fù)時(shí)，減少電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力。
17、一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法，包括，
18、獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)、合閘彈簧壓力數(shù)據(jù)、電磁鐵電壓數(shù)據(jù)；
19、利用多體動(dòng)力學(xué)模型建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的虛擬仿真模型，通過所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對所述虛擬仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；
20、利用優(yōu)化算法計(jì)算出期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)際軌跡進(jìn)行對比，確定軌跡誤差；
21、根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整彈簧的壓縮量及電磁鐵電壓，使凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望值。
22、其中，獲取凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，包括，
23、使用激光束照射到凸輪的某個(gè)特定點(diǎn)，根據(jù)所述激光束的反射時(shí)間或角度變化計(jì)算凸輪的位置變化。
24、其中，獲取合閘彈簧壓力數(shù)據(jù)，包括，使用壓電式壓力傳感器獲取合閘彈簧的壓力數(shù)據(jù)；
25、獲取電磁鐵電壓數(shù)據(jù)，包括，使用電壓傳感器測量電磁鐵兩端的電壓，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。
26、其中，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括，
27、將獲取的數(shù)據(jù)先采用卡爾曼濾波去噪，然后進(jìn)行歸一化處理。
28、其中，利用多體動(dòng)力學(xué)模型建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的虛擬仿真模型，通過所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對所述虛擬仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，包括，
29、利用拉格朗日方程建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，描述凸輪的動(dòng)態(tài)行為，并利用所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對所述虛擬仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。
30、其中，利用優(yōu)化算法計(jì)算出期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)際軌跡進(jìn)行對比，確定軌跡誤差，包括，
31、利用貝葉斯優(yōu)化算法最小化軌跡誤差及能量消耗，優(yōu)化電磁鐵電壓和彈簧壓縮量，使實(shí)際位移yactual與期望值ydesired的差距在閾值范圍內(nèi)。
32、其中，根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整彈簧的壓縮量及電磁鐵電壓，使凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望值，包括，
33、根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差計(jì)算pid輸出；當(dāng)pid輸出為正時(shí)，增加電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力；當(dāng)pid輸出為負(fù)時(shí)，減少電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力。
34、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序；所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如前所述的基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法的步驟。
35、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序；所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如前所述的基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法的步驟。
36、采用上述方案后，本發(fā)明首先從傳感器中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡、合閘彈簧壓力和電磁鐵電壓；然后通過多體動(dòng)力學(xué)模型建立虛擬仿真模型，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；利用優(yōu)化算法計(jì)算期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)際軌跡進(jìn)行對比，確定軌跡誤差；最后根據(jù)優(yōu)化軌跡和反饋誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整彈簧的壓縮量和電磁鐵電壓，確保凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望值。通過該技術(shù)方案，不僅能夠優(yōu)化凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，提高斷路器的合閘性能，還能減少能量消耗，延長設(shè)備使用壽命，提升工作效率。
1.一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整裝置，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述數(shù)字孿生模型模塊中，利用拉格朗日方程建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，描述凸輪的動(dòng)態(tài)行為。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化模塊利用貝葉斯優(yōu)化算法最小化軌跡誤差及能量消耗，優(yōu)化電磁鐵電壓和彈簧壓縮量，使實(shí)際位移yactual與期望值ydesired的差距在閾值范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述控制調(diào)整模塊根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差計(jì)算pid輸出；當(dāng)pid輸出為正時(shí)，增加電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力；當(dāng)pid輸出為負(fù)時(shí)，減少電磁鐵驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧預(yù)緊力。
5.一種基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法，其特征在于：包括，
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：利用多體動(dòng)力學(xué)模型建立彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的虛擬仿真模型，通過所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對所述虛擬仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，包括，
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：利用優(yōu)化算法計(jì)算出期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)際軌跡進(jìn)行對比，確定軌跡誤差，包括，
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：根據(jù)所述期望的凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡和軌跡誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整彈簧的壓縮量及電磁鐵電壓，使凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望值，包括，
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序；其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求5至8任一項(xiàng)所述的基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序；其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求5至8任一項(xiàng)所述的基于數(shù)字孿生的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整方法的步驟。