Цифровой двойник центробежного нагнетателя, основан на системе дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы в агрегате и расширенном фильтре Калмана (EKF).
В систему дифференциальных уравнений, описывающих динамику процессов в центробежном нагнетателе, входит уравнения динамики ротора и динамики расхода газа. Так же в систему уравнений входят уравнение состояния газа и аппроксимации характеристик нагнетателя.
Перечисленные дифференциальные уравнения, формируют замкнутую систему, определяющую матрицу эволюции расширенного фильтра Калмана (EKF).
Цифровой двойник может использоваться для нахождения реального текущего значения коэффициента расхода входного конуса центробежного нагнетателя без проведения специальных продувок. Это может явиться полезной информацией для работы системы управления и для диагностики агрегата. Цифровой двойник может использоваться для оценки параметров процесса, не измеряемых датчиками. Так же цифровой двойник может использоваться для уточнения измерений, например для уточнения замеров термопар, обладающих большой инертностью, в динамических процессах.
На рисунке выше показаны результаты тестирования цифрового двойника центробежного нагнетателя в процессе его эксплуатации на газоперекачивающей станции. В эксперименте в алгоритм цифрового двойника не подавались результаты измерения давления на выходе центробежного нагнетателя. Результаты расчета расширенного фильтра Калмана (EKF) сравнивались с результатами параллельно проводившимися замерами. Результаты расчетов и измерения практически не отличаются. Для оптимального управления газоперекачивающим агрегатом, системе управления на базе модели (MBC), на динамических режимах требуется знание значений температур газа, которые из-за инертности поступают с термопар с запаздыванием.
На рисунке ниже приведены запаздывающие показания термопар и результаты работы цифрового двойника. Проведение контрольных замеров точной аппаратурой полностью подтвердили результаты цифрового двойника.
Цифровой двойник может использоваться в диагностических методиках для оценки наиболее достоверных значений параметров, измеряемых датчиками, имеющими погрешность измерения. Цифровой двойник также может использоваться для оценки значений параметров, не измеряемых датчиками, в системах управления.