[发明专利]一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）测量获取工程机械工作装置实际几何参数、液压缸位置参数、材料参数、工作负载变化参数、液压缸活塞杆位移参数，工程机械其余部分做简化处理。依据几何参数、液压缸位置参数利用三维软件solid works建立简化工程机械三维模型，将简化工程机械三维模型导入机械系统动力学分析软件Adams中；依据材料参数、工作负载变化参数建立工程机械工作装置的动力学模型，模拟工程机械工作装置实际工况动作；

（2）依据工程机械实体多路阀液压系统在液压系统建模与仿真软件Amesim中建立工程机械工作装置多路阀液压系统模型，多路阀液压系统模型中各个元件与实际工程机械工作装置多路阀液压系统的元件选型与设置保持一致，将工程机械工作装置多路阀液压系统模型与动力学模型之间的相关变量参数作为Amesim软件与Adams软件之间的数据交互，对工程机械工作装置的动力学模型与多路阀液压系统模型进行联合仿真；

（3）在液压系统建模与仿真软件Amesim中加入反馈控制模块，液压缸活塞杆位移参数输入多路阀液压系统模型中，得到实时位移仿真结果反馈，实时仿真结果再与输入的液压缸活塞杆位移参数进行实时误差计算，误差计算后再进入反馈控制模块，调整反馈控制模块参数，使工程机械工作装置动作与实际情况保持一致。通过上述步骤建立起工程机械工作装置数字孪生模型；

（4）在上述步骤建立的数字孪生模型基础上加入势能回收与利用模块，通过调整反馈控制模块参数，使新建模型与未加势能回收与利用模块时的数字孪生模型动作情况保持一致，再通过调整势能回收与利用模块参数以及元件，探索及优化工程机械势能节能效率。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，其特征在于：步骤（1）中的工程机械工作装置实际几何参数、液压缸位置参数、材料参数、工作负载变化参数、液压缸活塞杆位移参数，几何参数包括工作装置各个零件的实际尺寸大小；液压缸位置参数为初始液压缸活塞杆及其余零部件空间位置参数；材料参数为工作装置中各个零件所用材料属性；工作负载变化参数为实际工程机械工作装置工况下负载力变化情况；液压缸活塞杆位移参数为实际工程机械工作装置中液压缸活塞杆的运动情况；工程机械其余部分做简化处理，可用于势能回收的部分主要在工程机械的工作装置，工作装置中用于势能回收的元件是液压缸，为了使建立的数字孪生模型更加便于研究势能回收，因此将对工作装置进行详尽建模，对势能回收没有影响的其他部件进行简化处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，其特征在于：步骤（1）工程机械工作装置的动力学模型主要包含：材料属性设定、各个部件之间约束、力设置、系统单元设置、数据单元设置、工作负载变化参数添加；

所述材料属性设定是根据实际工程机械材料进行设定；

所述各个部件之间约束包括：液压缸缸筒与活塞之间的移动副、其余各个部件关节之间的旋转副、圆柱副、球副、共线约束等；

所述力设置包括： 液压缸缸筒与活塞之间的单向力；

所述系统单元设置包括：各个液压缸活塞杆力单元、各个液压缸活塞杆位移单元；

所述数据单元设置包括：输入单元为液压缸活塞杆力、输出单元为液压缸活塞杆位移；输入单元与输出单元变量参数作为Amesim软件与Adams软件之间的数据交互，便于联合仿真进行；

所述工作负载变化参数添加是根据实际工程机械工作装置工况下负载力变化情况运用step等函数工具将此变化赋予工作装置中。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，其特征在于：步骤（2）中工程机械工作装置多路阀液压系统模型主要由液压泵部分、液压缸部分、换向阀部分组成。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，其特征在于：步骤（3）反馈控制模块为PID闭环位移控制，通过P参数、I参数、D参数的调整以及组合使系统响应时间、 稳定性得到大幅度提升。