[发明专利]基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法及系统

权利要求书

1.基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过水下节流阀冲蚀实验获得多组阀体金属材料电阻值及阀体金属电阻值对应冲蚀量，基于金属腐蚀实验所得到的数据采用非线性回归算法，建立水下节流阀冲蚀状态数学模型(3)；

S2、通过数据采集模块(1)测量得到水下节流阀冲蚀环境复杂多样的数据并传输到移动工作站的数据库(2)中保存及管理，实现实时数据驱动有限元仿真模型，同时构建物理模型数据库(21)；

S3、将测量到的环境数据和冲蚀测量数据的实时数据代入水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)，构建水下节流阀数字孪生模型(32)；

S4、通过水下节流阀数字孪生模型(32)对水下节流阀的运行状态和冲蚀状态进行仿真计算，仿真计算得到的水下节流阀的运行状态数据和冲蚀状态数据均保存于数据库(2)的孪生数据单元(22)中；

S5、通过动态贝叶斯模型来建立水下节流阀性能退化动态演化模型(312)，通过粒子滤波PF算法实现，从而建立完整的水下节流阀性能退化数字孪生模型(321)；

S6、通过数据采集模块(1)采集水下节流阀直接检查过程数据并将其保存于数据库(2)的评价数据单元(23)内；根据评价数据单元(23)内的数据采用水下节流阀剩余寿命预测算法进行水下节流阀剩余寿命预测，得到的剩余寿命预测结果均保存于评价数据单元(23)内；

S7、调用预设在数据库(2)中水下节流阀的剩余寿命阈值数据，然后将剩余寿命计算结果与剩余寿命阈值进行比较，若检测剩余寿命计算结果低于剩余寿命阈值的10％、50％、80％，则分别将水下节流阀冲蚀程度划分为A-轻度冲蚀、B-中度冲蚀和C-严重冲蚀三个等级；

S8、及时输出水下节流阀的冲蚀等级，完成对水下节流阀基础冲蚀状况的评估和预测；根据监测点的定位找到腐蚀区域，按评估结果完成对该区域的维护保养或者修复。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征在于：所述S3中，将测量到的环境数据和冲蚀测量数据的实时数据代入水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)，构建水下节流阀数字孪生模型(32)的具体步骤如下：

S3.1、采用非线性回归算法建立水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)；

S3.2、采用非线性回归算法建立水下节流阀性能退化过程的共性表征模型(311)，通过动态贝叶斯网络描述状态空间模型随时间的演化规律，建立水下节流阀性能退化动态演化模型(312)；

S3.3、建立基于动态贝叶斯神经网络的水下节流阀动态演化模型，即基于DBN模型所建立的水下节流阀性能退化动态演化模型(312)；

S3.4、采用粒子滤波PF算法实现水下节流阀退化状态追踪和剩余寿命预测，从而完成水下节流阀性能退化数字孪生模型(321)的建立；

S3.5、建立基于粒子滤波PF近似推理算法的水下节流阀性能退化和剩余寿命预测数字孪生模型(322)；

S3.6、利用强化学习算法对比感知数据与仿真数据，通过参数修调实现虚实一致性保持。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征在于：所述S3.1中，采用非线性回归算法建立水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)的具体方法包括如下步骤：

S3.1.1、通过水下节流阀冲蚀实验获得多组实验数据，实验数据为目标金属电阻值及目标金属电阻值对应冲蚀量；

S3.1.2、对步骤S3-2-1中所得到的实验数据进行校正，消除系统误差；

S3.1.3、基于步骤S3-2-2中校正处理后的数据，利用非线性回归算法构建拟合函数模型；采用插值法进行求解，得到拟合函数曲线。