葛世荣院士：智采工作面三机数字孪生驱动控制架构

(1)提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构，包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素，实现孪生体对物理体的运维决策。

(2) 研究数字孪生虚实交互方法，利用信息物理系统来保障信息交互能力，采用知识模型来解决数据拥堵问题，为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。

(3) 提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法，包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制，达到三机设备在作业过程中设备联动、智能决策和精准控制的目的。

摘要

为了进一步提高煤矿综采设备智能控制水平，实现智采工作面常态化运行，提出基于数字孪生智采工作面驱动控制的相关概念和系统架构。智采工作面数字孪生系统由物理设备、虚拟孪生体、虚实交互模型组成，通过数字化方法建立与实体设备相映射的虚拟模型，来达到综采设备在作业过程中虚实交互、智能决策、精准控制和动态演化的目的。阐述智采工作面常态化运行要求和采煤机、液压支架和刮板输送机的相关控制难点。提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构，包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素；研究数字孪生虚实交互方法，利用信息物理系统来保障信息交互能力，采用知识模型来解决数据拥堵问题，为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。

提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法，包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制。最后以矿山数字孪生实际应用为例，通过建立相关模型和设计相关实验方案，对数字孪生智能控制进行验证。通过展开数字孪生智能控制架构、模式等理论研究，旨在解决目前综采工作面存在的环境感知程度低、设备预测精度差和人工干预强度大等问题，实现在复杂环境条件下设备的自适应控制与人机交互，为煤矿智能化建设提供借鉴意义。

部分图表

图1 综采三机发展历程