一种变频器装置的数字孪生建模方法与流程

本发明涉及计算机安全，特别涉及一种变频器装置的数字孪生建模方法。

背景技术：

1、变频器是一种电力电子设备，用于调节电机的转速和转矩。它控制电机的电源电压和频率，使其能够适应不同的负载和运行要求。变频器通过改变输入电源的频率和电压，控制输出电机的转速和转矩，从而实现精准的控制和节能效果。它广泛应用于工业生产中的各种设备和系统，如空调、泵、风机、卷扬机，以及电动汽车和电动工具领域。通过使用变频器，降低能耗和维护成本，提高设备的可靠性和效率。因为变频器装置实时控制电机的转速和转矩，因此数字孪生模型的建模和仿真需要具有足够的实时性，以确保模拟结果与实际系统行为的一致性。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种变频器装置的数字孪生建模方法。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明公开一种变频器装置的数字孪生建模方法，包括：收集变频器电机的实时数据；建立变频器电机的物理模型；建立变频器电机转速和转矩实时控制模型；将物理模型和实时控制模型集成到数字孪生模型中，并实现模型的仿真。

4、进一步的：所述收集变频器电机转速和转矩的实时数据包括：变频器电机的电流、电压、转速和转矩。

5、进一步的：所述建立变频器电机的物理模型包括建立电路模型，具体包括：

6、电路拓扑结构设计：确定电路的拓扑结构和元件连接方式，以构建电路拓扑结构；

7、元件参数确定：确定元件参数；

8、电路方程建立：根据电路拓扑结构和元件参数，建立电路方程组，描述电路中各元件之间的关系和响应；

9、电路方程求解：对于建立的电路方程组，使用数值求解方法求解，以得到电路的响应和动态特性；

10、模型验证和调整：建立的电路模型进行验证和调整，以确保模型的准确性和可靠性。

11、进一步的：所述建立变频器电机的物理模型包括建立电机模型，具体包括：

12、电机类型选择：根据电机的类型不同，选择电机模型；

13、电机结构分析：根据电机的物理结构，对其内部的电气和机械结构进行分析，以确定模型中包含的参数和变量；

14、电机参数确定：对于每个电机结构中的元件，确定其参数；

15、电机方程建立：根据电机结构和参数，建立电机方程组，描述电机内部各元件之间的关系和响应；

16、电机方程求解：对于建立的电机方程组，使用数值求解方法求解，以得到电机的响应和动态特性；

17、模型验证和调整：建立的电机模型进行验证和调整，以确保模型的准确性和可靠性。

18、进一步的：所述根据电机的类型不同，选择电机模型包括：

19、直流电机，选择磁路耦合和电磁场理论模型，包括：磁路模型和电路模型，磁路模型用于描述电机内部磁场分布的模型，电路模型用于描述电机内部电路特性的模型；还包括电磁场模型和机械模型，电磁场模型用于描述电机内部电磁场分布的模型，机械模型用于描述电机转动和负载特性；

20、交流异步电机，选择基于多物理场耦合模型，包括：电磁场模型：考虑定子和转子之间的电磁相互作用采用边界元方法建立电机的电磁场模型；

21、机械场模型：考虑电机转子的转动、惯性、轴向力和径向力机械特性采用多体动力学方法建立电机的机械场模型；

22、热学场模型：考虑电机内部的热传导、热对流和热辐射采用有限元方法建立电机的热学场模型；

23、多物理场耦合：将以上三个场的模型进行耦合，建立交流异步电机的多物理场耦合模型；

24、交流同步电机，选择磁路有限元模型，包括：几何建模：建立电机的三维几何模型；

25、网格划分：对几何模型进行网格划分，将其分割为许多小的体积元素，用于计算电磁场分布；

26、磁路建模：利用磁路理论建立电机的磁路模型；

27、电磁场建模：将电机的磁路模型和网格划分结合起来，利用有限元方法计算电机的电磁场分布；

28、耦合分析：将电机的磁路模型和电磁场模型进行耦合分析，计算电机的转矩、转速、电流、电压参数。

29、进一步的：所述建立变频器电机的物理模型包括建立机械模型，具体包括：

30、机械结构分析：根据机械系统的物理结构，对其内部的机械结构进行分析，以确定模型中包含哪些参数和变量；

31、机械参数确定：对于每个机械结构中的元件，确定其参数；

32、机械方程建立：根据机械结构和参数，建立机械方程组，描述机械内部各元件之间的关系和响应；

33、机械方程求解：对于建立的机械方程组，使用数值求解方法求解，以得到机械的响应和动态特性；

34、模型验证和调整：建立的机械模型进行验证和调整，以确保模型的准确性和可靠性。

35、进一步的：所述建立变频器电机转速和转矩实时控制模型包括：

36、采集反馈信号：从电机中采集反馈信号，以便进行控制计算和实时调整，反馈信号通过编码器、传感器设备进行采集；

37、计算误差信号：将采集到的反馈信号与期望信号进行比较，计算误差信号；

38、设计控制器：根据误差信号设计控制器，控制器根据误差信号来调整控制输出信号，以实现对电机转速和转矩的控制；

39、计算控制输出：利用控制器计算控制输出信号，控制输出信号将根据控制器的输出进行调整，以实现对电机的实时控制；

40、实施控制输出：将计算得到的控制输出信号送到电机控制器中，实现电机的实时控制；

41、监控和调整：对控制输出进行实时监控和调整，以保证电机转速和转矩的稳定性和精度。

42、进一步的：所述将物理模型和实时控制模型集成到数字孪生模型中，并实现模型的仿真包括：

43、导入物理模型：将已经建立的物理模型导入数字孪生模型模块中，以便后续的仿真计算；

44、导入控制算法模块：将实现的控制算法模块导入数字孪生模型模块中，并与物理模型进行连接，以实现对物理模型的实时控制；

45、实时响应数据：数据采集和数字孪生模型之间设置数据传输通道，以便数字孪生模型实时响应数据；

46、仿真计算：数字孪生模型根据控制算法模块的输出进行仿真计算，以模拟物理系统的动态响应和控制效果；

47、结果输出和分析：数字孪生模型将仿真结果输出，并对结果进行分析和评估，以评估控制算法的效果和优化方案。

48、进一步的：所述仿真计算包括：

49、建立仿真模型：在数字孪生模型中，根据物理模型和控制算法模块建立仿真模型；

50、定义仿真参数：定义仿真参数；

51、执行仿真计算：执行仿真计算，根据仿真模型和定义的仿真参数进行计算，并输出仿真结果；

52、评估仿真结果：评估仿真结果对模拟结果进行分析和比较，以评估控制算法的效果和优化方案。

53、进一步的：所述据采集和数字孪生模型之间设置数据传输通道包括：

54、在数字孪生模型中，使用udp协议进行数据接收：在数字孪生模型中编写程序，使用udp协议进行数据接收，使用socket库提供的udp套接字接口，创建udp套接字，绑定接收端口，并循环待接收数据；

55、在数据采集中，使用udp协议进行数据发送：在数据采集中编写程序，使用udp协议进行数据发送，使用socket库提供的udp套接字接口，创建udp套接字，并通过套接字发送数据；

56、确定数据格式：在数据采集模块和数字孪生模型之间，确定数据的格式，包括数据类型、数据大小和数据顺序；

57、确定数据传输的频率：根据数字孪生模型的仿真计算速度，确定数据传输的频率。

58、本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

59、本发明建立变频器电机的物理模型；建立变频器电机转速和转矩实时控制模型；将物理模型和实时控制模型集成到数字孪生模型中，并实现模型的仿真，能保证足够的实时性，以确保模拟结果与实际系统行为的一致性。