机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (12): 60-76.doi: 10.3901/JME.260321
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赵子夜1, 陈晓慧1, 丁晓喜1,2, 余文念1,2, 彭一真1,2, 罗杰1
ZHAO Ziye1, CHEN Xiaohui1, DING Xiaoxi1,2, YU Wennian1,2, PENG Yizhen1,2, LUO Jie1
摘要: 地铁门执行系统作为典型的多段速机电耦合执行系统,在运营过程中状态切换频繁,非线性与时变动态特性显著,且对环境扰动与乘客行为敏感,导致关键行为变量在短时间尺度下难以精准预测。为提升系统的短时瞬态行为预测与前瞻性调控能力,构建融合机理建模与数据驱动的数字孪生行为模型,实现对未来0~0.5 s内电机电流与门页位移等关键变量的预测。首先,建立以转矩平衡、传动效率与载荷响应为核心的机电耦合动力学模型,实现对系统运动行为的精准表征;其次,提出基于模式搜索算法的隐含状态辨识器与动作周期级的模型-参数更新机制,实现状态参数的等效反演估计;随后,融合时间卷积网络与Transformer Encoder,设计物理引导的深度学习预测模型(Physics-guided deep learning prediction model,PG-DLPM),提升模型的预测精度与可解释性;最后,构建基于门页运动行为的一致性评价指标,并利用监测信号驱动孪生模型生成高保真状态参数序列,与实测数据融合后作为PG-DLPM的输入,实现短时瞬态行为的高精度预测。基于某地铁线路的实测数据开展实验验证,结果表明所构建的孪生模型在行为上与实体系统具有高度的虚实一致性;相较主流时序预测模型,PG-DLPM的均方根误差和平均绝对误差均值分别降低37.45%和46.05%,标准差降低63.13%和79.01%,预测精度与鲁棒性均具有显著优势,为门执行系统的智能调控提供有力的决策依据。
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