The invention discloses a method for constructing digital twins of FAST active reflector. Digital twin technology is a new technology which combines digital information of equipment with real-time data stream acquired in the operation of the equipment and obtains the real operation state of the actual equipment through simulation analysis. Digital twin technology can enable equipment operators to obtain some data that can not be collected while the equipment is running, or the amount of data collected can not meet the needs of fault diagnosis. By analyzing these data, we can grasp the actual operation status of the equipment, predict the equipment failure in advance, and then realize condition-based maintenance (CBM) of the equipment. This method utilizes the high precision sensors and measuring equipment arranged on the active reflector of FAST, and completes the construction of digital twins of the active reflector of FAST by using iterative algorithm, which lays a good foundation for the research of fault prediction and health management of the active reflector of FAST.
【技术实现步骤摘要】
一种FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法
本专利技术涉及数字双胞胎构建方法领域,尤其是涉及一种FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法。
技术介绍
500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meteraperturesphericalradiotelescope,FAST)是世界上最大的单口径射电望远镜。该望远镜反射面采取主动变位的独特工作方式,可根据观测天体的角度,在500m口径反射面的不同区域,形成直径为300m的抛物面。该望远镜的工作频率在70MHz~3GHz之间。为了实现反射面的主动变位特性,FAST采用柔性索网作为主要支承结构。索网结构共包括6670根主索和2225个主索节点,索网周边固定在圈梁上。FAST的圈梁为直径约500m的11m×5.5m环形桁架,重量约5350吨。圈梁支撑格构柱共50个,高度在6m-50m不等的格构柱上。索网的每个主索节点设置单根下拉索,通过促动器拖动下拉索来控制索网变位,从而在500m口径范围内的不同区域形成300m口径的抛物面。FAST进入正式运行阶段后,其运行维护工作将成为运营工作的重中之重。作为FAST三大技术创新之一的主动反射面不但具有跨度大、精度高的特点,而且采用主动变位的独特工作模式。主动变位的反射面结构是FAST与传统结构的最大区别,这一开创性的设计方案在世界上也是独一无二的。由于FAST主动反射面的独特性,完全采用传统的定期检修+事后维修的维护模式,不能满足其维护需求。FAST需要一种可以进行故障预测的先进的维护方法,来保障FAST的健康安全运行。随着自动化技术和信息技术的快速发展,各种复杂 ...
【技术保护点】
1.一种FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:1)建立FAST主动反射面整体有限元模型,模型包括圈梁、圈梁支撑格构柱、面索以及下拉索;2)定期将FAST主动反射面变位到基本球面状态,并测量/采集如下数据:促动器伸长量,故障促动器、构件温度、圈梁耳板销孔坐标、下拉索锚固点坐标以及主索节点坐标;3)根据测量圈梁耳板销孔中心坐标、有过变化的下拉索锚固点坐标,修改FAST主动反射面整体有限元模型的几何模型;4)对修改了几何模型的FAST主动反射面整体有限元模型进行有限元分析,并根据计算结果,将计算主索节点位置与实测主索节点位置的偏差分为径向偏差和切向偏差;5)根据径向偏差计算下拉索弹性模量的修正量,并修正有限元模型中相应下拉索单元的弹性模量;6)根据切向偏差计算主索初应变修正量,并修正有限元模型中相应主索的初应变;7)对修正参数后的有限元模型再次进行有限元分析,仍根据计算结果,将计算主索节点位置与实测主索节点位置的偏差分为径向偏差和切向偏差;8)重复步骤6)和步骤7),直到主索节点计算位置与实测位置的径向误差≤1mm为止;9)输出数字双胞胎,并定时重复步骤1 ...
【技术特征摘要】
1.一种FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:1)建立FAST主动反射面整体有限元模型,模型包括圈梁、圈梁支撑格构柱、面索以及下拉索;2)定期将FAST主动反射面变位到基本球面状态,并测量/采集如下数据:促动器伸长量,故障促动器、构件温度、圈梁耳板销孔坐标、下拉索锚固点坐标以及主索节点坐标;3)根据测量圈梁耳板销孔中心坐标、有过变化的下拉索锚固点坐标,修改FAST主动反射面整体有限元模型的几何模型;4)对修改了几何模型的FAST主动反射面整体有限元模型进行有限元分析,并根据计算结果,将计算主索节点位置与实测主索节点位置的偏差分为径向偏差和切向偏差;5)根据径向偏差计算下拉索弹性模量的修正量,并修正有限元模型中相应下拉索单元的弹性模量;6)根据切向偏差计算主索初应变修正量,并修正有限元模型中相应主索的初应变;7)对修正参数后的有限元模型再次进行有限元分析,仍根据计算结果,将计算主索节点位置与实测主索节点位置的偏差分为径向偏差和切向偏差;8)重复步骤6)和步骤7),直到主索节点计算位置与实测位置的径向误差≤1mm为止;9)输出数字双胞胎,并定时重复步骤1)~步骤8),根据最新的测量数据更新数字双胞胎模型,进而构建出可自动更新的、实时与现场结构保持一致的FAST主动反射面数字双胞胎。2.根据权利要求1所述的FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法,其特征在于,步骤1)中所述FAST主动反射面整体有限元模型采用ANSYS有限元软件建立,所述圈梁、圈梁支撑格构柱采用BEAM44单元模拟,所述面索及下拉索采用LINK10单元模拟。3.根据权利要求1所述的FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法,其特征在于,步骤2)中所述定期将FAST主动反射面变位到基本球面状态是指每3个月将反射面变位到基本球面,并测量/采集一次相关数据。4.根据权利要求1所述的FAST主动反射面的数字双胞胎构建方法,其特征在于,步骤2)中所述促动器伸长量采用测量精度可达到10微米的磁致伸缩传感器采集;圈梁耳...
【专利技术属性】
技术研发人员:李庆伟,姜鹏,李辉,
申请(专利权)人:中国科学院国家天文台,
类型:发明
国别省市:北京,11
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