一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法，方法包括如下步骤：(1)构建飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生液压仿真模型与数字孪生三维可视化模型(2)实时、同步存储数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据与飞机液压伺服作动实物系统的传感器采集数据，构成孪生数据(3)对比分析仿真模型输出数据与传感器采集数据，通过模型优化模块对数字孪生液压仿真模型迭代优化，同时对飞机液压伺服作动虚拟模型的工作情况进行三维可视化演示。本发明专利技术可为飞机液压伺服作动系统设计提供仿真建模及优化方法，为基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统虚实映射技术研究与验证提供参考。射技术研究与验证提供参考。射技术研究与验证提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法


[0001]本专利技术属于飞机液压伺服作动系统控制领域，具体涉及一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法。

技术介绍

[0002]数字孪生技术强调多物理、多尺度、多学科、多概率的仿真过程，其利用最佳可用模型、传感器信息以及运行历史数据等在虚拟空间中预测对应物理实体在生命周期内的属性、行为等，且具备虚实融合、实时映射、数据驱动、迭代优化等特点。飞机液压伺服作动系统是飞行控制系统的执行机构，根据飞行控制计算机指令，按照规定的静态和动态要求，实现对飞机各操纵面的控制。目前的飞行控制系统中，应用最广泛的是液压伺服作动系统，其组成部分包括伺服控制器和伺服作动器。
[0003]传统飞机液压伺服作动系统的建模与迭代主要用于产品研发阶段，当真实产品研制装机后，其真实特性往往无法全面、准确从制造端向设计端传递，随着产品的不断优化，理论模型与物理实体的偏差无法准确评估，产品真实物理实物状态无法向设计端提供调优支撑。无法满足智能化数字工厂发展趋势下，利用模型资源开展虚实映射、虚实融合的技术研究与应用需求。
[0004]现有技术中，专利申请号为CN202211052645.0《一种数字孪生模型一致性保持系统及方法》的中国专利技术公开了一种数字孪生模型一致性保持系统及方法，包括一致性判定模块、演化模块、一致性验证模块，该方法提出模型演化的基本思路，但针对飞机液压伺服作动系统的建模、迭代、虚实映射验证过程无法提供解决方案。本方法针对飞机液压伺服作动系统的数字孪生模型仿真建模方法、参数辨识与模型优化过程、三维动态可视化演示进行详细描述。
[0005]专利申请号为CN201611170699.1《一种飞机伺服作动系统液压控制方法》的中国专利技术公开了一种飞机伺服作动系统液压控制方法，提供一种伺服作动系统液压超控逻辑，使伺服系统舵机模型监控手段更好地反映舵机健康状态，消除液压波动对模型监控的影响，以防止液压系统波动瞬态导致伺服系统故障监控产生误报现象而切断SOV电磁阀。该专利技术并未涉及飞机液压伺服作动系统的数字孪生模型仿真、建模与迭代优化方法。
[0006]专利申请号为CN201611170699.1《对液压系统进行数字孪生的系统》的中国专利技术公开了一种对液压系统进行数字孪生的系统，包括液压系统数字孪生管理终端、用于与液压系统连接的边缘侧检测器以及液压系统数字孪生云端。该专利技术仅针对液压系统进行数字孪生，并未涉及飞机液压伺服作动系统的数字孪生模型仿真、建模与迭代优化方法。

技术实现思路

[0007]针对这种情况，本专利技术基于数字孪生背后的建模与仿真技术，对飞机液压伺服作动系统展开建模与仿真研究，参考飞机液压伺服作动系统实物系统的真实工作情况，构建飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生液压仿真模型与数字孪生三维可视化模型，以
实利虚，不断修正、迭代优化数字孪生液压仿真模型，同时利用数字孪生液压仿真模型的仿真模型输出数据驱动数字孪生三维可视化模型，虚实交互，实时映射，保证数字孪生液压仿真模型及数字孪生三维可视化模型交联构成的飞机液压伺服作动系统虚拟模型与飞机液压伺服作动系统实物系统在物理、几何、动作、时间方面的一致性。最后对飞机液压伺服作动系统所需压力、流量、相关液压附件参数的设置进行分析，预测飞机液压伺服作动系统的压力、流量、位移变化趋势，对飞机液压伺服作动系统的设计有工程指导意义，有利于基于数字孪生的虚实映射技术研究与验证。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一、参照数字孪生五维模型结构，提出基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真的总体方案架构，包括飞机液压伺服作动系统实物系统、飞机液压伺服作动系统虚拟模型、孪生数据、服务应用以及以上所述各模块之间的连接；
[0011]步骤二、构建所述飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生三维可视化模型，即利用三维建模软件建立飞机液压伺服作动系统实物系统的等比例全尺寸虚拟可视化模型；
[0012]步骤三、构建所述飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生液压仿真模型，即模拟飞机液压伺服作动系统实物系统的液压元件并将实际工况中的摩擦、温度、气体特性、油液的因素考虑在内，动态仿真飞机液压伺服作动系统实物系统在真实工作环境下的作动筒位移、传感器输出工作状态，同时利用数字孪生液压仿真模型的仿真模型输出数据实时驱动步骤二中所述数字孪生三维可视化模型，以数据驱动、虚拟现实的技术实现对飞机液压伺服作动系统作动筒位移、传感器输出及飞机舵面偏转工作情况的动态仿真、预测监控；
[0013]步骤四、构建孪生数据模块，实时、同步存储所述飞机液压伺服作动系统实物系统的传感器采集数据与所述数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据；
[0014]步骤五、实现数据交互的通信连接，组建以太网通信链路，采用TCP/IP协议通信。
[0015]步骤六、构建服务应用模块，对比分析仿真模型输出数据与传感器采集数据，通过模型优化模块对数字孪生液压仿真模型迭代优化，同时对飞机液压伺服作动虚拟模型的工作情况进行三维可视化演示。
[0016]所述数字孪生液压仿真模型的迭代优化过程包括模型评判、模型修正、模型验证。
[0017]模型评判，评判飞机液压伺服作动系统实物系统与其对应的数字孪生液压仿真模型的一致性，首先需要确定两者的一致性阈值，所述一致性阈值为保证数字孪生液压仿真模型的仿真结果满足临界值；所述飞机液压伺服作动系统实物系统的传感器采集数据可记为X
T
，所述数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据可记为Y
T
，通过比较时间序列{x
t
}与{y
t
}差值，以评判所述飞机液压伺服作动系统实物系统与所述数字孪生液压仿真模型动态性能的一致性；基于灰色关联分析法求得飞机液压伺服作动系统实物系统的传感器采集数据与数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据的灰色关联度值，将所述灰色关联度值与所述一致性阈值进行比较，如果所述灰色关联度值高于所述一致性阈值，则说明数字孪生液压仿真模型符合一致性要求，得出数字孪生液压仿真模型的模型评判结果；否则不符合一致性要求，需要执行模型修正模块的操作，对数字孪生液压仿真模型进行修正。
[0018]模型修正，采用参数修正的方法，利用飞机液压伺服作动系统实物系统实际试验数据对数字孪生液压仿真模型进行参数辨识；给定所述飞机液压伺服作动系统实物系统激励信号，采集飞机液压伺服作动系统实物系统在激励信号驱动下伺服阀阀芯位移、作动筒位移；然后根据上述采集得到的数据在所述数字孪生液压仿真模型结构基础上，采用L
‑
M(Levenberg
‑
Marquardt)算法进行系统参数辨识，进而修正、优化模型；得到参数修正后的数字孪生液压仿真模型。
[0019]模型验证，获取修正优化后的数字孪生液压仿真模型实时仿真输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、参照数字孪生五维模型结构，提出基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真的总体方案架构，包括飞机液压伺服作动系统实物系统、飞机液压伺服作动系统虚拟模型、孪生数据、服务应用以及以上所述各模块之间的连接；步骤二、构建所述飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生三维可视化模型，即利用三维建模软件建立飞机液压伺服作动系统实物系统的等比例全尺寸虚拟可视化模型；步骤三、构建所述飞机液压伺服作动系统实物系统的数字孪生液压仿真模型，即模拟飞机液压伺服作动系统实物系统的液压元件并将实际工况中的摩擦、温度、气体特性、油液的因素考虑在内，动态仿真飞机液压伺服作动系统实物系统在真实工作环境下的作动筒位移、传感器输出工作状态，同时利用数字孪生液压仿真模型的仿真模型输出数据实时驱动步骤二中所述数字孪生三维可视化模型，以数据驱动、虚拟现实的技术实现对飞机液压伺服作动系统作动筒位移、传感器输出及飞机舵面偏转工作情况的动态仿真、预测监控；步骤四、构建孪生数据模块，实时、同步存储所述飞机液压伺服作动系统实物系统的传感器采集数据与所述数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据；步骤五、实现数据交互的通信连接，组建以太网通信链路，采用TCP/IP协议通信；步骤六、构建服务应用模块，对比分析仿真模型输出数据与传感器采集数据，通过模型优化模块对数字孪生液压仿真模型迭代优化，同时对飞机液压伺服作动虚拟模型的工作情况进行三维可视化演示。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法，其特征在于所述的数字孪生液压仿真模型的优化过程包括模型评判、模型修正、模型验证。3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的飞机液压伺服作动系统仿真方法，其特征在于所述的模型评判为评判飞机液压伺服作动系统实物系统与其对应的数字孪生液压仿真模型的一致性，首先需要确定两者的一致性阈值，所述一致性阈值为保证数字孪生液压仿真模型的仿真结果满足临界值；所述飞机液压伺服作动系统实物系统的传感器采集数据可记为X
T
，所述数字孪生液压仿真模型监测点的仿真模型输出数据可记为Y
T
，通过比较时间序列{x
t
}与{y
t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊磊，韩冰，杨锋，刘贡平，范军华，张涵中，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：