本发明涉及特种设备的状态监测与健康管理，尤其涉及一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法。
背景技术：
1、电梯作为高层建筑的重要运输工具，其运行过程的安全性和可靠性与人们的生命安全息息相关。电梯曳引轮作为电梯的重要组成部分，承担着轿厢、对重的负载，当电梯曳引轮发生故障时将产生异常振动，并通过钢丝绳传递到轿厢，从而引起乘客恐慌甚至引发重大安全事故。因此，对电梯曳引轮开展故障诊断研究具有重大意义。
2、对电梯曳引轮进行剩余寿命预测对于电梯整机的健康管理决策非常重要。当前使用的基于专家知识库、基于数据驱动、基于物理模型和混合预测的方法，虽然在电梯曳引轮剩余寿命预测方面都有应用，但是它们没有考虑电梯曳引轮运行工况的实时变化。
3、电梯曳引轮发生故障时，其振动信号往往受到运行工况和干扰信号的影响，导致信号中的故障特征难以提取，从而影响电梯曳引轮的剩余寿命估计效果。
4、因此，需要提出一种考虑实时工况和测量误差的电梯曳引轮剩余寿命预测方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：提供一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，以解决电梯曳引轮剩余寿命预测受实时工况和测量误差影响的问题，从而解决电梯曳引轮在运行过程中健康状态难以监测的问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，包括以下步骤：
3、s1、构建电梯曳引轮故障动力学模型，获取电梯曳引轮故障仿真振动信号；
4、s2、采集电梯曳引轮实时振动信号与动态信息；
5、s3、建立电梯曳引轮的数字孪生剩余寿命预测模型，描述电梯曳引轮的退化状态；
6、s4、剩余寿命预测模型在线实时更新参数，电梯曳引轮的退化状态值首次等于或者超过设定的阈值时，则认为电梯曳引轮失效。
7、作为上述技术方案的进一步描述：
8、在步骤s1中，电梯曳引轮故障仿真振动信号获取，包括以下步骤
9、s11、通过仿真软件建立电梯曳引轮的动力学模型，分析故障模式，将不同的典型故障耦合进动力学模型，构建电梯曳引轮故障动力学模型；
10、s12、对电梯曳引轮故障动力学模型参数进行设置，模型参数包括几何尺寸、材料参数和工艺信息，并添加约束，完成模型的建立；
11、s13、对建立的电梯曳引轮动力学模型进行不同工况、故障条件下振动信号的仿真分析，获取不同模式故障仿真振动信号。
12、作为上述技术方案的进一步描述：
13、在步骤s2中，实时振动信号与动态信息的获取，包括以下步骤：
14、s21、采集电梯曳引轮实时振动信号，利用信号处理技术对信号进行去噪；
15、s22、对去噪后的振动信号进行hht变换，并求取信号中包含的频率与图谱等信息，并上传到数据采集平台上；
16、s23、采集电梯曳引轮动态信息包括转速信息、所受载荷信息以及环境信息，环境信息包括环境中温度信息、湿度信息。
17、作为上述技术方案的进一步描述：
18、在步骤s3中，数字孪生剩余寿命预测模型描述电梯曳引轮的退化状态，包括以下步骤：
19、s31、利用布朗运动随机过程模型，将电梯曳引轮在t时刻的退化状态描述为：
20、x(t)＝x0+atb+σbb(t) (1)
21、式中：
22、x(t)表示滚动轴承在t时刻的退化量；
23、x0是滚动轴承的初始状态；
24、a是漂移系数表示滚动轴承间的差异性；
25、atb为退化趋势项描述滚动轴承退化的严重程度；
26、σb是扩散系数表示滚动轴承退化时的波动程；
27、b(t)是标准布朗运动；
28、s32、在实际环境中，由于外界噪声的干扰，滚动轴承的真实退化状态无法直接获得，为了提高剩余寿命的预测精度，在模型引入测量误差项，即：
29、s(t)＝x(t)+ξ (2)
30、式中：s为测量实时数据的集合；ξ引入测量误差项；
31、s33、根据建立的电梯曳引轮的退化模型中有5个未知参数，通过极大似然估计法估计模型中的未知参数，未知参数的求得过程如下：
32、s331、假设存在k个独立测试的滚动轴承，则第i个在规定时间的退化量表示为
33、{si(tj)＝si，j；i＝1，..，k；j＝1，..，m} (3)
34、其中，“表示有效的历史数据长度；
35、s332、令δsi(tj，i)＝si(tj，i)-si(tj，i-1)，根据布朗运动，δsi服从多元正态分布，由多元正态分布求得关于s的极大似然函数；
36、s333、利用轮廓似然函数和三维优化取最大值求得模型中未知参数。
37、作为上述技术方案的进一步描述：
38、在步骤s4中，剩余寿命预测模型在线实时更新参数，包括以下步骤：
39、s41、采用贝叶斯原理对数字孪生剩余寿命预测模型中的未知参数进行后验估计；
40、s42、利用实时更新的随机系数，可以实现对电梯曳引轮的实时状态更新；
41、s43、当电梯曳引轮的状态值首次等于或者超过设定的阈值时，则认为电梯曳引轮失效。
42、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
43、1、本发明中，根据电梯曳引轮动态感知信息，建立电梯曳引轮动力学仿真模型，通过实时更新模型参数，构建一种电梯曳引轮数字孪生模型。然后基于时间函数布朗运动建立预测模型，得到电梯曳引轮实时的健康状态信息，最后通过设定相应的阈值，从而避免因电梯曳引轮故障发生的重大事故。
1.一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，在所述步骤s1中，电梯曳引轮故障仿真振动信号获取，包括以下步骤
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，在所述步骤s2中，实时振动信号与动态信息的获取，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，在所述步骤s3中，数字孪生剩余寿命预测模型描述电梯曳引轮的退化状态，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，在所述步骤s33中，未知参数的求得过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电梯曳引轮剩余寿命实时预测方法，其特征在于，在所述步骤s4中，剩余寿命预测模型在线实时更新参数，包括以下步骤：
