复杂液压伺服控制系统工作流体流态虚拟监测及可视化

复杂液压伺服控制系统是大型制造装备的重要子系统，而其工作流体的态势信息直接反应大型制造装备的工作状态和隐含故障，如何利用有效的手段监测工作流并对其状态进行可视化，将对大型制造装备的工作精度和生产运行安全提供本质的保障，但是工作流态的精确判定和测量是长期困扰人们的难题。因此，本课题将以近年来迅速发展的流形学习算法等先进的特征向量空间降维方法为基础，以虚拟现实和可视化的最新成果为手段，以轧机的液压伺服控制系统为对象，拟开展大型冷热连扎类系统的基于泛雷诺数特征空间的工作流体虚拟监测和态势可视化关键问题研究：1）改进单一雷诺数决定流态的思想，给出泛雷诺数的流态特征空间的数学表示和度量；2）发展雷诺数驱动的动态流量虚拟监测方法，引入流形学习算法等进行泛雷诺数流态特征空间降维处理和流态识别；3）以虚拟轧制系统为框架，进一步建立实时数据驱动的工作流体态势可视化技术体系，并对监测的准确性和有效性进行评估。

在本课题的先期研究项目国家自然科学基金项目“基于提高仿真精度和可靠性的虚拟轧制系统关键技术基础研究（项目编号50675189，2009年12月结题，评价为优）”中，已经建立了虚拟轧制系统的框架体系，完成了液压伺服控制系统动态流量的虚拟测量的一些算法，研究工作取得了相应的成果。在原有的研究基础上，本课题主要重点探索泛雷诺数的复杂液压伺服控制系统工作流体流态特征空间的数学表示和度量，为准确进行工作流体的虚拟监测奠定理论基础。结合虚拟轧制系统和高维特征向量空间特征识别的数学方法，揭示各因素对工作流态变化的影响规律，建立流态变化与精密生产的对应关系，建立液压伺服控制系统正常工作边界条件的预警模型，构建工作流体流态可视化技术体系，为安全生产和精密制造提供科学判据。创新性的工作主要体现在如下几个方面：.首先，能够揭示流态变化边界条件，初步建立正常工作边界条件预警模型，建立并优化了流态驱动虚拟监测核心算法体系，为构建精密生产的技术体系打下了坚实的基础。.其次，对多种不同形态的流体探索了实时的建模方法，并取得了在真实性得到保证的前提下，可以实现实时绘制和漫游，所完成的工作都得到了实验的验证。.最后，为现有管道流体提供仿真实验环境,以提高整个生产过程的控制，进而提高产品质量和效率。.通过本项目，以真实流体N-S方程为基础，扩展到了气体、液体等流体对象，从欧拉、拉格朗日、格子波尔兹曼、快速傅里叶变换到SPH等各种方法进行了探索，为下一步研究河流、湖泊、海洋等大规模水体的计算机模拟技术积累了丰富的经验。