(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111411986.8 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市铜山区大 学路1 号 (72)发明人 杨春雨　卜令超　陈斌　周林娜　 马磊　王国庆　代伟　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 罗运红 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) B65G 43/00(2006.01) G06F 119/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种数字孪生驱动 的长距离带式输送机运 行优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种数字孪生驱动 的长距离 带式输送机运行优化方法， 具体步骤为： 首先， 获 取带式输送机的固有参数、 实时运行数据和预知 给料速率； 然后， 建立带式输送机数字孪生模型； 其次， 利用带式输送机实时运行数据， 更新数字 孪生模型参数； 再次， 求解稳态、 暂态带速， 形成 优化带速设定曲线； 最后， 基于数字孪生模型， 通 过仿真评估和优化校正消除优化带速设定曲线 的输送带张裂、 打滑和运载物料溢出风险， 形成 可行带速设定曲线。 本发明的特点是： 本发明设 定带式输送机稳态、 暂态带速， 仿真评估和优化 校正环节能够基于数字孪生技术保证形成的带 速设定曲线不存在潜在风险， 从而保证带式输送 机安全运行， 实现带式输送机节能高效运行。 权利要求书7页 说明书11页 附图4页 CN 114117856 A 2022.03.01 CN 114117856 A 1.一种数字孪生驱动的长距离带式输送机运行优化方法， 其特征在于， 该方法包括如 下步骤： 步骤1、 获取现实带式输送机固有参数、 实时运行 数据和预知给 料速率； 步骤2、 建立长距离带式输送机数字 孪生模型； 步骤3、 利用步骤1获取的实时运行数据， 基于递推最小二乘法更新步骤2建立的动态能 耗模型参数； 步骤4、 依据步骤1获取的预知给料速率、 步骤2建立的数字孪生模型设定带式输送机的 稳态、 暂态运行 带速， 并形成优化带速设定曲线； 步骤5、 利用步骤2建立的数字孪生模型对步骤4形成的优化带速设定曲线进行仿真评 估， 评估优化带速设定曲线是否存在输送带张裂、 打滑和运载物料溢出， 若存在上述情况， 则进行步骤6， 否则形成可 行优化带速设定曲线； 步骤6、 根据步骤5的评估结果， 对步骤5形成的优化带速设定曲线进行校正， 重复迭代 步骤5和步骤6， 最终形成可 行优化带速设定曲线。 2.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的长距离带式输送机运行优化方法， 其特征在 于， 步骤1获取的带式输送机固有参数包括输送带的长度、 等效粘性、 弹性系数参数， 实时运 行数据包括带式输送机的带速， 预知给 料速率为预知时域内给 料量的大小。 3.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的长距离带式输送机运行优化方法， 其特征在 于， 步骤2建立的长距离带式输送机数字孪生模型包括输送带动力学模型、 物料流动态模型 和带式输送机能耗模型， 方法具体如下： 步骤2‑1、 依据有限元分析法和变质量牛顿第二定律建立输送带动力学模型， 具体包 括： 步骤2‑1‑1、 将整条输送带拆分成n个微元段， 第1至第n个微元段依次连接， 输送带的承 载侧拆分成j个微元段， 从输送带给料端至尾端依次为第1至第n个微元段， 输送带的返回侧 拆分成n‑j个微元段， 张紧装置单独一个微元段， 张紧装置微元段位于输送带第j+1个微元 段和输送带第j+2个微元 段之间， 驱动力施加到 输送带第j+1个微元 段上； 步骤2‑1‑2、 输送带第1个微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑3、 输送带第2个微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑4、 输送带第3个至第j个微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑5、 输送带第j+1个微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑6、 输送带第j+2个微元 段的运动状态描述 为：权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114117856 A 2步骤2‑1‑7、 输送带第j+3 至第n‑1个微元段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑8、 第n个微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑9、 张紧装置微元 段的运动状态描述 为： 步骤2‑1‑10、 在输送带承载侧： 步骤2‑1‑11、 在输送带返回侧： 其中， ki、 ci分别为第i个微元段的等效弹性系数、 等效粘性系数， kt、 ct为张紧装置微元 段的等效弹性系数、 粘性系数， Fd为驱动力， fi为第i个微元段所受摩擦力、 ft为张紧装置微 元段所受摩擦力， g为重力加速度， mi为第i个微元段的等效质量、 mt为张紧装置微元段的等 效质量， qi为第i个微元段上运载物料的平均质量， qB为每米输送带的质量， qRO为承载侧每 米托辊平均质量， qRU为返回侧每 米托辊平均质量， si、 为第i个微元段的位移、 速度、 加 速度， st、 为张紧装置微元段的位移、 速度、 加速度， ΔL为微元段的长度， μ为运载物料 与输送带之间的摩擦系数； 步骤2‑1‑12、 将输送带 各个微元 段和张紧装置微元 段简化为如下所示的矩阵形式： 其中， M＝diag{[m1,m2,…,mn,mt]}， Rank(M)＝n+1， S＝[s1,s2...,sn,st]T， F＝[‑f1,‑ f2,…,‑fj+1+Fd,…,‑fn,‑ft+mtg]T；权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114117856 A 3