本發明涉及應急液壓系統，具體為一種應急液壓系統及其控制方法。
背景技術：
1、應急液壓系統是指在特定情況下，用于提供備用動力源的液壓系統。它通常在主液壓系統無法正常工作時啟動，以確保設備的正常運行或安全。
2、應急液壓系統是一種備用系統，用于在主液壓系統發生故障時提供動力支持。它可以在主液壓系統失效時接管工作，確保設備或機械的連續運行，防止因液壓系統故障導致的停機或安全事故。
3、現有應急液壓系統普遍存在以下問題：
4、(1)動力源單一，缺乏冗余設計，易因泵故障導致系統失效；
5、(2)故障診斷能力不足，無法快速定位并隔離故障部件；
6、(3)控制策略固定，難以適應復雜工況下的動態需求；
7、(4)缺乏多系統協同機制，應急響應效率低。
8、因此，亟需設計一種具備高可靠性、智能化控制能力的應急液壓系統。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種應急液壓系統及其控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種應急液壓系統，包括多源冗余液壓回路、多模態感知與故障診斷模塊、協同控制策略模塊、人機協同應急操作界面模塊和智能能量管理模塊；
3、所述多源冗余液壓回路采用三動力源并聯架構，配置多級儲能器組并設計雙冗余液壓管路；
4、所述多模態感知與故障診斷模塊包括：
5、傳感器子模塊用于實時采集液壓油壓力、流量、溫度、執行機構位移及振動信號；
6、深度學習子模塊用于對傳感器數據進行特征提取并識別；
7、故障等級評估子模塊用于根據故障嚴重程度生成報警；
8、所述協同控制策略模塊包括：
9、算法預測子模塊基于模型預測控制算法，結合實時工況與故障類型，動態優化控制閥開度和泵的輸出功率；
10、多目標優化子模塊用于開發多目標優化控制策略，兼顧響應速度、能耗效率及執行精度；
11、應急模式切換子模塊用于設計應急模式切換邏輯，當檢測到嚴重故障時，自動切換至預設的應急控制策略；
12、所述人機協同應急操作界面模塊用于實時顯示系統狀態、故障信息及控制參數；
13、所述智能能量管理模塊根據實際需求智能調節液壓系統的能量輸出，智能能量管理模塊則根據實際需求智能調節液壓系統的能量輸出，實現了能耗的最優化，進一步提升了系統的綠色性能。
14、優選的，所述多源冗余液壓回路具體為采用三動力源并聯架構，包含主液壓泵、備用液壓泵和氣動輔助泵，通過電磁換向閥實現動力源的無縫切換；配置多級儲能器組，包括高壓儲能器和低壓儲能器，能夠在動力源切換時維持壓力穩定；設計雙冗余液壓管路，關鍵節點設置壓力傳感器和流量控制閥，實現故障管路的自動隔離。
15、優選的，所述傳感器子模塊包括光纖光柵傳感器、壓力變送器和溫度傳感器；所述深度學習子模塊采用深度學習算法對傳感器數據進行特征提取，構建故障特征庫，實現對20余種故障的精準識別，所述深度學習算法為cnn-lstm混合網絡算法，具體算法公式為：假設輸入特征圖為其中h是高度，w是寬度，cin是輸入通道數，卷積核為其中k是卷積核大小，cout是輸出通道數，卷積操作的輸出y計算為：
16、
17、其中yi,j,c是輸出特征圖中第i行、第j列、第c個通道的值，bc是第c個通道的偏置。
18、優選的，所述故障等級評估子模塊設計故障等級評估機制，根據故障嚴重程度生成三級報警，具體為預警、故障和緊急，其中故障等級評估機制的算法公式為：
19、假設使用多個故障指標x1,x2,…,xn，來描述故障情況，這些指標是液壓系統中的壓力偏差、溫度變化率、流量異常或者其他異常數據；每個指標都有對應的權重，權重表示該指標在故障評估中的重要程度，且滿足：
20、故障綜合得分s是所有故障指標加權求和的結果，計算公式如下：
21、
22、確定故障等級閾值為了將故障綜合得分映射到不同的故障等級，需要設定兩個閾值t1和t2，t1<t2，具體劃分規則如下：
23、預警：當s<t1時，系統發出預警信號；這表明系統出現了一些輕微的異常，但不會立即影響系統的正常運行，需要進行密切監測；
24、故障：當t1<s≤t2時，系統判定為故障狀態；此時系統的性能已經受到一定程度的影響，需要及時采取措施進行修復；
25、緊急：當s>t2時，系統發出緊急報警；系統面臨嚴重的故障，會導致系統失效或引發安全事故，需要立即采取緊急措施。
26、優選的，所述模型預測控制算法公式為：
27、mpc＝min(x(k+1)-xr(k+1)q+u(k)-ur(k)r)
28、其中，mpc代表模型預測控制算法的目標函數，x(k+1)表示k+1時刻的系統狀態預測值，xr(k+1)表示k+1時刻的期望狀態值，q是狀態誤差的權重矩陣，u(k)表示k時刻的控制輸入，ur(k)表示k時刻的期望控制輸入，r是控制輸入的權重矩陣。該算法通過最小化目標函數，實現對控制閥開度和泵的輸出功率的動態優化，確保液壓系統在各種工況下都能穩定運行，同時降低能耗。
29、優選的，所述多目標優化控制策略算法為nsga-ii算法，該算法能夠在保證響應速度和執行精度的前提下，最小化能耗，實現多目標之間的平衡。具體而言，nsga-ii算法通過引入快速非支配排序和擁擠度比較機制，有效篩選出最優解集，使得最終的控制策略在滿足用戶需求和系統性能的同時，也達到了節能減排的目的。此外，該算法還具有較好的魯棒性和適應性，能夠應對不同工況下的挑戰，確保液壓系統的穩定運行。
30、優選的，所述人機協同應急操作界面模塊配備hmi觸控屏，實時顯示系統狀態、故障信息及控制參數；支持手動干預功能，在自動控制失效時，通過物理旋鈕或按鈕實現執行機構的應急操控。
31、一種應急液壓系統的控制方法，包括以下控制步驟：
32、步驟一、通過多模態感知與故障診斷模塊實時監測液壓系統的運行狀態，包括液壓油壓力、流量、溫度、執行機構位移及振動信號的關鍵參數；
33、步驟二、一旦檢測到異常數據，深度學習子模塊將對傳感器數據進行特征提取并識別故障類型，隨后故障等級評估子模塊根據故障嚴重程度生成相應的報警信號，包括預警、故障和緊急三級報警，以便操作人員及時采取應對措施；
34、步驟三、在接收到報警信號后，協同控制策略模塊將立即啟動；算法預測子模塊基于模型預測控制算法，結合實時工況與故障類型，動態優化控制閥開度和泵的輸出功率，以確保液壓系統在故障情況下的穩定運行；同時，多目標優化子模塊將開發多目標優化控制策略，兼顧響應速度、能耗效率及執行精度，以進一步提升系統的整體性能；
35、步驟四、若故障情況嚴重，應急模式切換子模塊將自動切換至預設的應急控制策略，以保證液壓系統在緊急情況下的安全運行；
36、步驟五、人機協同應急操作界面模塊將實時顯示系統狀態、故障信息及控制參數，并支持手動干預功能，以便操作人員通過物理旋鈕或按鈕實現執行機構的應急操控。
37、與現有技術相比，本發明的有益效果是：
38、首先，通過采用多源冗余液壓回路設計，本發明有效解決了傳統應急液壓系統動力源單一、缺乏冗余的問題，顯著提高了系統的可靠性和穩定性。在主液壓泵出現故障時，備用液壓泵和氣動輔助泵能夠迅速啟動，確保液壓系統的連續運行，防止因系統故障導致的停機或安全事故。
39、其次，本發明引入多模態感知與故障診斷模塊，通過實時監測液壓系統的關鍵參數，結合深度學習算法對傳感器數據進行特征提取和故障識別，實現了對液壓系統故障的快速定位和精準評估。這不僅提高了故障診斷的準確性和效率，還為操作人員提供了及時的故障預警和報警信息，有助于他們及時采取應對措施，避免故障進一步惡化。
40、此外，本發明還提出了協同控制策略模塊，該模塊基于模型預測控制算法和多目標優化控制策略算法，能夠根據實時工況和故障類型動態優化控制閥開度和泵的輸出功率，確保液壓系統在故障情況下的穩定運行。同時，通過兼顧響應速度、能耗效率及執行精度等多目標之間的平衡，進一步提升了系統的整體性能。
41、最后，本發明的人機協同應急操作界面模塊配備了hmi觸控屏，實時顯示系統狀態、故障信息及控制參數，并支持手動干預功能。這使得操作人員在自動控制失效時能夠通過物理旋鈕或按鈕實現執行機構的應急操控，從而提高了系統的應急響應能力和操作靈活性。