復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)和仿真探究

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1、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)和仿真探究　　摘要：建立一個(gè)典型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，將鍵合圖與模塊理論相結(jié)合，建立一個(gè)開(kāi)放性的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)模塊庫(kù)。所建立的模型仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。關(guān)鍵詞：機(jī)電系統(tǒng)仿真Abstract:Thisthesishasestablishedanopenelectromechanicalsystemmodulelibrarybyunitingthetheoriesofbondgraphandmodularization.Andbasedonitatypicalcomplexelectromechanicalsystem.Simulationresultsoftheglobalmathematicalm

2、odelcloselyvergeonexperimentalresult.Keywords:electromechanicalsystemSimulation中圖分類(lèi)號(hào)：TU85文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：6在復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中,跨學(xué)科的系統(tǒng)建模方法、多領(lǐng)域模型的協(xié)同仿真和多學(xué)科協(xié)同開(kāi)發(fā)的過(guò)程管理技術(shù)是目前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù),可以對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)有力的支持,目前已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。近年來(lái)，復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)虛擬模型仿真代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，使得由機(jī)、電、液等多領(lǐng)域部分集成的復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程大為簡(jiǎn)化，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期

3、，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，也優(yōu)化了產(chǎn)品品質(zhì)。復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)是一種“復(fù)合化系統(tǒng)”，由多學(xué)科(機(jī)械、電子、液壓等)技術(shù)相滲透、融合而成。由于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化在機(jī)械、電子等領(lǐng)域的應(yīng)用，因此機(jī)電系統(tǒng)具有3個(gè)重要的性質(zhì)，即系統(tǒng)、模塊、接聞。將這3個(gè)性質(zhì)運(yùn)用于系統(tǒng)建模，即為模塊化建模的基本思路:將系統(tǒng)按照一定規(guī)則劃分為通用性較強(qiáng)的模塊，并建立開(kāi)放式的模塊庫(kù);各模塊單獨(dú)建立各自的數(shù)學(xué)模型，與其物理模型一起存入模塊庫(kù)中以備調(diào)用;通過(guò)接口確立各模塊交界而的參數(shù)使系統(tǒng)整體的數(shù)字求解及仿真得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于同類(lèi)系統(tǒng)，個(gè)別系統(tǒng)=通用模塊(不變部分)+專(zhuān)用模塊(變動(dòng)部分)，在對(duì)其建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，通用模塊可直接調(diào)用，只需對(duì)專(zhuān)用

4、模塊進(jìn)行處理并加入模塊庫(kù)中，這樣，極大的方便了系統(tǒng)物理模型的自動(dòng)拼裝和系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)集成。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真的過(guò)程中，采用鍵合圖作為建模工具，因?yàn)殒I合圖以統(tǒng)一的形式來(lái)處理不同能量范疇的系統(tǒng)，極大的方便了模塊間的接口統(tǒng)一;鍵圖模型通過(guò)一些規(guī)范化的處理可以得到標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)空間方程，因此，依據(jù)文獻(xiàn)所提供的思路，編寫(xiě)程序，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。6以典型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)一與筆大型鋼廠(chǎng)的軋機(jī)為例，模塊劃分是對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合的途徑。由于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)往往是機(jī)、電、液等多能量范疇的組合，其模塊的合理劃分是一個(gè)較復(fù)雜的設(shè)計(jì)分析過(guò)程。模塊劃分太細(xì)，雖可帶來(lái)較好的直觀性和可移植性，但模塊綜合過(guò)程困難

5、，計(jì)算量相對(duì)增加。反之，模塊劃分過(guò)粗，雖然模塊綜合過(guò)程簡(jiǎn)單，但容易導(dǎo)致不可移植模塊的產(chǎn)生。在模塊劃分的過(guò)程中，一般遵循以下原則(1)獨(dú)立原則。獨(dú)立原則包括單獨(dú)試驗(yàn)和獨(dú)立流通。單獨(dú)試驗(yàn)指模塊的功能和性能可以被單獨(dú)試驗(yàn)。獨(dú)立流通是指模塊可以作為“黑箱”供使用者使用。對(duì)要?jiǎng)澐值哪K要在功能上、結(jié)構(gòu)上盡可能做到獨(dú)立化，這樣的模塊易于拼裝搭配，便于移植到不同的研究對(duì)象中。(2)典型部件原則。以結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立的部件作為模塊化單元，便于模塊的互換，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件可進(jìn)一步細(xì)化將部件中的某些組件模塊化。基礎(chǔ)件若結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能獨(dú)立，應(yīng)作為單獨(dú)的模塊單元考慮。依照劃分原則分析軋機(jī)后，建立的軋機(jī)模塊劃分小意圖，如圖所

6、示。對(duì)模塊描述和數(shù)學(xué)模型自動(dòng)生成。首先是物理模型模塊化，依據(jù)模塊劃分原則，將所研究的軋機(jī)系統(tǒng)劃分為15個(gè)模塊，6值得注意的是，絕大多數(shù)模塊在與其他模塊聯(lián)接時(shí)，其接曰功率流向和因果關(guān)系是不確定的，因此，需要將有不同接口功率流向和因果關(guān)系的模塊分別制作并存入模型庫(kù)，以保證各模塊聯(lián)接時(shí)接口的正確?；阪I合圖的模型自動(dòng)生成分為自動(dòng)數(shù)值建模和自動(dòng)符號(hào)建模。出于研究的需要，本文采用自動(dòng)符號(hào)建模。自動(dòng)符號(hào)建模的過(guò)程包括建立系統(tǒng)的功率鍵合圖，確定鍵合圖的功率流向及因果關(guān)系，依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則”擬定系統(tǒng)初始方程并整理得到標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)空間方程。國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者對(duì)自動(dòng)符號(hào)建模的關(guān)鍵問(wèn)題也進(jìn)行了研究。以MATLAIB語(yǔ)言為工

7、具，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)生成，并解決了模塊間的參數(shù)調(diào)用。模塊的集成和仿真，由各模塊功能描述，再根據(jù)各模塊之間的藕合關(guān)系，即接口位置、因果關(guān)系的非矛盾性等，得出描述整系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的功率拓?fù)浣▓D，如圖下所小。圖中虛線(xiàn)框表明也可把數(shù)個(gè)模塊合并為一個(gè)模塊，對(duì)于非常復(fù)雜的大系統(tǒng)這種合并可以減少模塊集成過(guò)程中的計(jì)算量。模塊數(shù)學(xué)模型的集成在模塊數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程中，各模塊的輸入U(xiǎn)i是有待確定的。整系統(tǒng)的數(shù)學(xué)