專利名稱：基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法
基于Model ica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法[技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及泵車臂架仿真系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法。[背景技術(shù)]
混凝土泵車臂架系統(tǒng)用于混凝土的輸送和布料，其通過臂架油缸伸縮、轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動， 將混凝土經(jīng)由附在臂架上的輸送管，直接送達臂架末端所指位置即澆筑點。頻繁的起動、制動過程中，臂架系統(tǒng)機構(gòu)和結(jié)構(gòu)承受著強烈的沖擊和振動，是典型的機械、液壓、控制等多領(lǐng)域耦合系統(tǒng)。故而，對泵車臂架機構(gòu)合理、科學(xué)、全面的多領(lǐng)域并存的動力學(xué)建模仿真就顯得尤為重要與緊迫。
在混凝土泵車臂架設(shè)計領(lǐng)域，計算機仿真可以發(fā)揮投資少見效快的特點，以較少的投資快速地獲得幾種不同的設(shè)計方案，其設(shè)計往往是非線性的和互相依賴的。這就要求在建模仿真過程中對泵車臂架系統(tǒng)全面考慮，盡可能地建立完整、完善的模型。沈陽大學(xué)的張國忠教授在《混凝土泵車臂架布料機構(gòu)及其運動學(xué)仿真方法的研究》一文中介紹了其開發(fā)的混凝土泵車總體設(shè)計CPCWD軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于windows平臺，利用visual basic 和Microsoft Access97開發(fā)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供了有限元、穩(wěn)定性、仿真系統(tǒng)等模塊。作者提供了模塊化的建模思想，構(gòu)建了不同模塊，可以對泵車臂架進行不同方面的仿真，但是開發(fā)這類復(fù)雜系統(tǒng)對開發(fā)人員要求非常高，開發(fā)人員不僅要有扎實的編程能力，還要對物理抽象出來的數(shù)學(xué)模型設(shè)計求解算法，算法對模型仿真效率至關(guān)重要。也就不利于用戶很好的掌握和使用。
泵車臂架系統(tǒng)主要由機械和液壓兩個領(lǐng)域組成，而傳統(tǒng)的單一領(lǐng)域建模與仿真分析工具，顯然不能勝任其整體性能仿真分析的任務(wù)。為進一步研究并改善泵車臂架系統(tǒng)的動態(tài)特性，還必須充分考慮控制部分對整機系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響。這樣，系統(tǒng)的建模就涉及到機械、液壓和控制等多個領(lǐng)域。而如果單純考慮泵車臂架系統(tǒng)自身機械系統(tǒng)的特性，可以采用機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件工具(例如MSC_ADMAQ來進行仿真，但如果考慮整個變幅系統(tǒng)動力性、穩(wěn)定性等，這些特性不僅涉及機械系統(tǒng)的動力學(xué)特性，而且涉及液力系統(tǒng)、電子電控系統(tǒng)等，故采用單一的工具難以對這些由于多個不同領(lǐng)域子系統(tǒng)耦合造成的特性進行準確的分析，且不能考慮機械、液壓及控制的能量耦合效應(yīng)。
針對以上泵車臂架系統(tǒng)中的典型多領(lǐng)域問題，工程中也產(chǎn)生了對單一領(lǐng)域仿真工具進行集成、或進行多領(lǐng)域延拓的方法，例如，將機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS的模型導(dǎo)出成MATLAB/Simulink模型，然后集成到MATLAB/Simulink軟件中，并與液壓動力仿真分析軟件AMSim進行大型聯(lián)合仿真。雖然這種思路提供了一種解決多能域耦合動力學(xué)仿真的方法，但是此種方法很難以做到多種不同工具的無縫集成。且不同領(lǐng)域的問題采用不同工具建立不同模型進行仿真，勢必要遇到數(shù)據(jù)傳遞的復(fù)雜問題，模型重復(fù)且不可重用，會導(dǎo)致仿真精度、建模效率、仿真速度等方面的問題。
Modelica是一種多領(lǐng)域統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，它是為解決多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的統(tǒng)一建模與協(xié)同仿真，在歸納和統(tǒng)一先前多種建模語言的基礎(chǔ)上，于1997年提出的一種基于方程的陳述式建模語言。模型采用陳述式表達，應(yīng)用機理建模方法，是基于方程的物理建模語言，其借鑒了 JAVA的語言描述方式，采用了 matlab的矩陣表達方式，創(chuàng)新了可視化鍵合圖的建模方式。并采用數(shù)學(xué)方程描述不同領(lǐng)域子系統(tǒng)的物理規(guī)律和現(xiàn)象，根據(jù)物理系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)基于語言內(nèi)在的組件連接機制實現(xiàn)模型構(gòu)成和多領(lǐng)域集成，通過求解微分代數(shù)方程系統(tǒng)實現(xiàn)仿真運行。本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法，具有模塊化、層次化、規(guī)范化和參數(shù)化，以及仿真模型互操作性和重用性強的特點。為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法，其包括如下步驟1)系統(tǒng)拆解根據(jù)真實臂架系統(tǒng)進行系統(tǒng)級拆解，將其拆解為臂架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，構(gòu)建一系列物理系統(tǒng)模型，將這些模塊按一定的規(guī)則，組織成具有相對獨立性的部件模型庫，并通過模型簡化構(gòu)造模型庫；2)部件建模首先構(gòu)建同一類元件的接口，接口分為輸入接口和輸出接口，前一元件的輸出接口和后一元件的輸入接口連接，不同類型的元件之間的傳遞要保證其有相同的接口，同一部件的物理模型通過其輸入接口、輸出接口之間的方程組來描述；3)系統(tǒng)級建模通過使用部件中相應(yīng)的“虛”模型，代替在部件建模中建立的泵車臂架部件的實際模型，通過平臺的圖形化界面功能窗口管理，拖放、移動“虛”模型圖標，接口連接以及添加參數(shù)、方程組構(gòu)建；4)仿真控制；5)最后，仿真結(jié)果曲線演示。所述部件建模、系統(tǒng)級建模采用開放式建模方式。所述在部件建模時，采用參數(shù)化建模，對構(gòu)建好的部件模塊進行封裝。所述臂架系統(tǒng)包括泵車轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、首節(jié)臂架、中間臂架和末節(jié)臂架。所述液壓系統(tǒng)包括液壓泵、液壓馬達、液壓缸、換向閥和節(jié)流閥。本發(fā)明有益效果=Modelica語言是一種多領(lǐng)域統(tǒng)一的面向?qū)ο笪锢硐到y(tǒng)的建模語言，由于其具有可讀性強、便于修改及可用性強，以及模塊化、層次化、規(guī)范化和參數(shù)化， 仿真模型互操作性和重用性強等特點，能夠進行泵車臂架系統(tǒng)的機械、液壓和控制等多領(lǐng)域耦合的建模與仿真；同時Modelica語言具有強大的數(shù)學(xué)求解能力，對非線性方程組不需開發(fā)人員進行任何變換，為工程技術(shù)人員提供了高效便捷的輔助設(shè)計手段；此外，該建模方式不僅簡潔明了，而且具有較高的仿真精度和建模效率。

圖1是本發(fā)明中液壓缸內(nèi)部參數(shù)示意圖；圖2是本發(fā)明中封裝后液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中第一節(jié)臂模型封裝前內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明中第一節(jié)臂模型封裝后示意圖5是本發(fā)明中連接件一模型封裝前內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明中連接件一模型封裝后示意圖7是本發(fā)明中回轉(zhuǎn)臺模型封裝前內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明中回轉(zhuǎn)臺模型封裝后示意圖9是本發(fā)明中三通流量閥模型示意圖10是本發(fā)明中三通流量閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖11是本發(fā)明中梭閥模型示意圖12是本發(fā)明中梭閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖13是本發(fā)明中定量泵供油系統(tǒng)模型示意圖14是本發(fā)明中定量泵供油系統(tǒng)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖15是本發(fā)明中變幅回路模型示意圖16是本發(fā)明中臂架回轉(zhuǎn)液壓回路模型示意圖17是本發(fā)明中泵車臂架系統(tǒng)仿真建模模型示意圖18是本發(fā)明中仿真流程圖19是本發(fā)明中仿真結(jié)果3D輸出示意圖20是本發(fā)明中輸出參數(shù)示意圖中1、輸入/輸出機械結(jié)構(gòu)2、多剛體庫元件3、連桿一 4、連桿二。 [具體實施方式
]
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作以下進一步說明
本發(fā)明基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模步驟包括系統(tǒng)拆解，部件建模和系統(tǒng)級建模。依據(jù)模塊化分解原理和面向?qū)ο蠓抡娣椒?，在?gòu)建本模型過程中首先對泵車臂架系統(tǒng)進行了拆解，根據(jù)真實物理系統(tǒng)的各部分功能進行分解，首先將其分解分成臂架系統(tǒng)(即多剛體系統(tǒng))、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。
在系統(tǒng)拆解過程中，可根據(jù)泵車的一節(jié)臂架的以下特點進行拆解1)臂架系統(tǒng)。 通常泵車臂架為三節(jié)臂、四節(jié)臂、五節(jié)臂、六節(jié)臂，從第一節(jié)臂至末節(jié)臂，臂桿的橫截面積一次減少，泵車的第一節(jié)臂連接是可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺最終固定在汽車地盤上， 而其他臂架之間的連接如第二節(jié)臂架和第三節(jié)臂架的連接，通常為增大舉升力矩以及利于臂架的折疊，采用四連桿機構(gòu)與液壓缸連接，所以在拆解過程中首先可將泵車臂架拆解為第一節(jié)臂與其他節(jié)臂；2)液壓部分。液壓系統(tǒng)提供了泵車臂架運動的動力，在工程機械中液壓系統(tǒng)是最重要的一環(huán)，液壓系統(tǒng)決定著泵車臂架的最大舉升高度，混凝土的輸送功率等。液壓系統(tǒng)中根據(jù)實際物理系統(tǒng)進行拆分，分成液壓泵、液壓馬達、液壓缸、換向閥、節(jié)流閥等一系列有獨立功能的元件；3)泵車臂架的控制系統(tǒng)，泵車臂架的控制系統(tǒng)控制泵車臂架的舉升高度，舉升速度，臂架的收回，液壓閥門開啟的大小等。將這些模塊按一定的規(guī)則， 組織成具有相對獨立性的部件模型庫，并通過模型簡化構(gòu)造模型庫。
在部級建模中，首先構(gòu)建同一類元件的接口，所謂同一類元件，也就是上述進行系統(tǒng)拆解中將機械、液壓、控制等可歸為一類，類的最明顯的特點就是有相同的物理學(xué)背景， 接口分為輸入接口和輸出接口，接口保證了元件之間的參數(shù)傳遞，前一元件的輸出接口和后一元件的輸入接口連接。不同類型的元件之間的傳遞要保證其有相同的接口，如液壓馬達可以和旋轉(zhuǎn)元件相連，主要是他們都有共同的旋轉(zhuǎn)副接口。同一部件的物理模型通過其輸入接口、輸出接口之間的方程組來描述。在構(gòu)建部件時還采用了參數(shù)化建模，有利于模型的重復(fù)使用。對構(gòu)建好的部件進行封裝，用戶只需要修改其參數(shù)，便可適用不同的模型系統(tǒng)。而且，對于元件級建模，Modelica基本庫與其他商業(yè)或非商業(yè)庫提供了一些可以直接使用的基本元件，對于實際系統(tǒng)的特殊性，一些不包含在Modelica基本庫及商業(yè)庫或非商業(yè)庫中的元件，可以通過自行開發(fā)構(gòu)建。系統(tǒng)級建模，通過使用部件中相應(yīng)的“虛”模型(即部件圖標)代替在泵車臂架部件模型架構(gòu)中建立的泵車臂架部件的實際模型；通過平臺的圖形化界面功能窗口管理， 拖放、移動“虛”模型圖標，接口連接以及添加參數(shù)、方程組等構(gòu)建。本發(fā)明提供了一種基于Modelica語言和Mworks平臺的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)，設(shè)計者根據(jù)真實臂架系統(tǒng)進行系統(tǒng)級拆解，構(gòu)建一系列物理系統(tǒng)模型，包含臂架系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。臂架系統(tǒng)包括了泵車轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、首節(jié)臂架、中間臂架和末節(jié)臂架； 液壓系統(tǒng)涵蓋了工程機械使用的一系列通用液壓閥和特種液壓閥，以及一套完善詳細的控制系統(tǒng)。同時該發(fā)明可以和Modelica語言提供的多體機械庫、旋轉(zhuǎn)機械庫以及信號庫等無縫連接使用。不僅可以在蘇州同元開發(fā)軟控公司的MWorks平臺上使用，還可以在支持 Modelica語言規(guī)范的瑞典的dymola平臺使用，本發(fā)明的軟件庫可以對不同型號泵車臂架系統(tǒng)進行動力學(xué)仿真，用戶可以通過該仿真系統(tǒng)可以獲知臂架舉升過程中的運動，振動、沖擊、以及液壓負載等一系列動態(tài)特性，為泵車設(shè)計者提供參考數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。同時，本發(fā)明采用開放式建模方式，用戶在使用過程中可以根據(jù)自身的需求對該軟件庫進行擴充。如附圖1至圖8所示，為多剛體系統(tǒng)動力學(xué)模型，其應(yīng)用Modelica. Multibody多體庫，結(jié)合臂架機械系統(tǒng)，建立臂架多剛體系統(tǒng)模型。如附圖1、圖2所示，臂架油缸作為執(zhí)行機構(gòu)，推動臂架進行變幅，液壓元件庫中液壓缸是一維系統(tǒng)，只是輸出液壓缸的行程、推力、速度等，但是并不能表達相應(yīng)輸出的方向， 而在泵車臂架建模過程中使用的多剛體庫是三維的。二維多剛體庫元件2，可以將液壓缸力轉(zhuǎn)化為三維機械力，力的三維分解由輸入，輸出機械結(jié)構(gòu)1決定。其主要輸入?yún)?shù)見表1，各臂架變幅油缸輸入?yún)?shù)均不同，需結(jié)合實際結(jié)構(gòu)進行輸入。表1主要輸入?yún)?shù)
名稱活塞桿長度液壓缸長度無桿腔面積活塞桿面積摩擦系數(shù)參數(shù)/ 單位mmM2M2N.slm 如附圖3、圖4所示，第一節(jié)臂一端和回轉(zhuǎn)平臺連接，另一端連接與第二節(jié)臂始端， 通過變幅液壓缸的伸縮實現(xiàn)臂的舉升與下降，該第一節(jié)臂是臂架系統(tǒng)中承載最大的臂。圖 3為第一節(jié)臂模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接口 F2、F2、F3、F4用來連接泵送管道，承受管道傳來的力及力
6矩，J1 > J2、J3、J4和J5分別用來連接回轉(zhuǎn)臺、第一節(jié)臂架油缸、第二節(jié)臂架油缸、連桿1以及第二節(jié)臂，通過fixedtranslation來設(shè)置各接口的位置向量，由bodyshape來設(shè)置臂架的動力學(xué)參數(shù)以及外形形狀；圖4為第一節(jié)臂架的封裝模型。其它各節(jié)臂的建模過程與此類似，只是接口的位置以及各動力學(xué)參數(shù)有所變化。如附圖5、圖6所示，連接件一是用以連接第一節(jié)臂、第二節(jié)臂以及第二節(jié)臂變幅油缸的關(guān)鍵部件，臂架系統(tǒng)主要通過其實現(xiàn)各節(jié)臂架的靈活運動以及力的傳遞。圖5為連接件一模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由連桿一 3、連桿二 4和三個轉(zhuǎn)動副組成。接口 ia、ib和im分別用于連接第一節(jié)臂、第二節(jié)臂和第二節(jié)臂變幅油缸，通過三個fixedtranslation來設(shè)置各接口的位置向量，由兩個bodyshape來設(shè)置連桿一 3、連桿二 4的動力學(xué)參數(shù)以及外形形狀； 圖6為連接件一的封裝模型。同理，其它各連接件的建模過程和此類似，只是接口的位置以及各動力學(xué)參數(shù)有所變化而已。如附圖7、圖8所示，轉(zhuǎn)臺是臂架系統(tǒng)的支撐機構(gòu)，其作用為臂架系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)提供驅(qū)動力，并且將與臂架反方向的力傳導(dǎo)到底盤上，再通過支腿傳到地面上，最后這部分力由地面來承受。圖7為回轉(zhuǎn)臺模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接口 Frames和Frame_b分別用于連接第一節(jié)臂底端和第一節(jié)臂變幅油缸活塞桿端，通過兩個fixedtranslation來設(shè)置各接口的位置向量，由bodyshape來設(shè)置回轉(zhuǎn)臺的動力學(xué)參數(shù)及外形形狀。圖8為回轉(zhuǎn)臺的封裝模型。如附圖9至附圖12所示，為臂架系統(tǒng)各液壓元件模型，應(yīng)用Modelica液壓元件庫辦1讓2. 4，結(jié)合臂架液壓系統(tǒng)原理圖，搭建液壓系統(tǒng)元件級模型。下面著重介紹三通流量閥、梭閥的搭建過程，其它液壓元件可參考辦1讓2. 4庫直接使用。如附圖9、圖10所示，三通流量閥的作用是根據(jù)各換向滑閥反饋來的最大壓力確定其閥芯的位置，從而確定通過其到達各換向滑閥的流量，通過三通流量閥保持節(jié)流口兩端的壓差恒定，多余流量由三通閥分流回油箱，該閥有一個進口兩個出口，故稱三通流量控制閥。其功能可概括如下1)卸荷系統(tǒng)總流量；2)控制每片閥的流量；3)建立系統(tǒng)所需壓力；4)具有一定減震作用。圖9為三通流量閥模型示意圖，該模型中，仍然是通過孔口出流面積來控制液壓流量，其孔的出流模型同上節(jié)相似，其中，接口 Port_A與Port_B聯(lián)通主油路，為主油路提供流量，閥芯在彈簧的作用下為常閉。當系統(tǒng)供油時，在Port_A端控制油路的作用下，閥芯打開，主油路接通；在系統(tǒng)受到負載時，通過梭閥反饋的最大負載壓力油到達Port_X端，在其作用下，閥芯重新運動到適當?shù)奈恢?，使孔的出流面積減小。這樣便可以根據(jù)系統(tǒng)最大負載壓力來控制孔的開合尺寸，從而確定通過其到達各換向滑閥的流量。圖 10為利用液壓元件庫辦1讓2. 4來構(gòu)造的三通流量閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，通過兩端兩個液壓缸的壓力來控制閥芯Spool的位置，進而控制孔的開口面積大小，其中，兩個液壓缸的活塞面積都設(shè)置為0. 0005m2，彈簧剛度為1. 72e7N/m。如附圖11、圖12所示，梭閥的作用是與其它滑閥的梭閥一起將最大的壓力油反饋給三通流量閥4，從而調(diào)節(jié)主油路流量。圖11為梭閥模型圖，模型中，也是通過孔口出流面積，來控制液壓流量，其孔的出流模型同上節(jié)相似。其中，接口 Port_X接相應(yīng)多路滑閥的出口壓力，？0汁_￥接下一階梭閥的出口壓力，最后一階梭閥的？0汁_￥接油箱。通過壓力比較，當接口 Port_X端壓力大于Port_Y壓力時，Port_X和Port_C導(dǎo)通，將多路滑閥壓力作為本階最高壓力傳遞給上一階梭閥比較，直至比較到三通流量閥；當接口 ？0汁_￥端壓力大于Port_X壓力時，Port_Y和Port_C導(dǎo)通，同樣將其壓力作為最高壓力傳遞給上一階梭閥比較，直至比較到三通流量閥為止。圖12為利用液壓元件庫辦1讓2.4來構(gòu)造的梭閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，這里，孔的最大開口半徑為0. 005m，孔的開口壓力為^ar,泄漏量為le-16m3/S。如附圖13至圖16所示，為臂架系統(tǒng)液壓系統(tǒng)級模型。如附圖13所示，定量泵供油系統(tǒng)是整個臂架系統(tǒng)的動力源，由它提供各節(jié)臂架展開與回收的液壓動力，也包括泵車回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)和支腿系統(tǒng)的動力提供，共有ApA2、A3、A4、 A5五個液壓油輸出口，以及BpByByB4A5五個液壓油回油口，它們分別接五個臂架變幅油紅，通過HHV5五個控制端來輸入各個多路閥的開口控制信號，實現(xiàn)臂架運動的控制。如附圖14所示，定量泵供油系統(tǒng)的具體功能原理前面已進行過詳細介紹，因此只對兩通流量閥進行稍加闡述，兩通流量閥為了確保多個執(zhí)行元件同時工作，在片閥之間應(yīng)進行壓力補償。對于不同壓力負載的執(zhí)行元件來說，補償閥應(yīng)可以自動實現(xiàn)不同的壓力需求補償，從而各使執(zhí)行元件運動速度獨立于負載。多路閥溢流壓力是由各溢流閥決定，系統(tǒng)壓力由三通流量閥與負載壓力匹配，多余流量在相應(yīng)壓力下卸荷。系統(tǒng)中各液壓部件主要是基于Hylib 2. 4庫中的接口、單向閥、阻尼孔、液壓泵，溢流閥、比例伺服閥、油缸等各種液壓元器件進行變形及二次開發(fā)而搭建。模型中，泵的最大流量設(shè)置為Q = 80L/min，主溢流閥壓力設(shè)置為P = 320bar。如附圖15所示，為利用液壓元件庫Hylil32. 4來構(gòu)造的變幅回路模型。臂架油缸作為執(zhí)行機構(gòu)，作用推動臂架進行變幅。在此過程中，變幅回路主要是實現(xiàn)臂架油缸運動過程中平衡負載以及控制和穩(wěn)定運動速度的功能，而且在臂架油缸不動作中時起液壓鎖止作用。系統(tǒng)中各液壓部件主要是基于Hylib 2. 4庫中的接口、單向閥、阻尼孔、平衡閥以及雙向液壓缸等各種液壓元器件進行變形及二次開發(fā)而搭建。模型中，兩個液壓接口分別連接定量泵供油系統(tǒng)的出油口和回油口，為變幅液壓缸提供液壓動力。二維機械接口 flange_ aref和flange_b通過轉(zhuǎn)化三位機械力來實現(xiàn)變幅液壓缸的作用。這里，單向閥的開口壓力設(shè)置為1.2^ar，泄漏量為le-12m7s，阻尼孔的通流量為4. &-llm7s，液壓缸的無桿端活塞面積都設(shè)置為0. 05m2，有桿端端面積為0. 03m2，行程和活塞桿長根據(jù)不同臂架分別進行設(shè)置。如附圖16所示，為利用液壓元件庫辦1讓2. 4來構(gòu)造的臂架回轉(zhuǎn)液壓回路模型，液壓馬達作為執(zhí)行機構(gòu)，作用推動臂架系統(tǒng)進行回轉(zhuǎn)。在此過程中，回轉(zhuǎn)回路主要是實現(xiàn)液壓馬達運動過程中平衡負載以及控制和穩(wěn)定運動速度的功能，而且在液壓馬達不動作中時起液壓鎖止作用。如附圖17所示，為泵車臂架系統(tǒng)建模仿真模型示意圖；如附圖18所示，為仿真流程圖，用戶通過雙擊相關(guān)模塊即可彈出參數(shù)修改界面， 從而可對各模塊內(nèi)置參數(shù)進行設(shè)計修改。如附圖19、圖20所示，整個泵車臂架系統(tǒng)仿真建模軟件支持三維動畫與所有參數(shù)的曲線輸出，圖19為仿真結(jié)果3D輸出圖，用戶可以選擇任意參數(shù)輸出曲線，同時支持曲線的處理，如求和、導(dǎo)數(shù)與FFT等處理。本發(fā)明中，設(shè)計者以泵車臂架系統(tǒng)為研究對象，利用基于modelica語言的Mworks 平臺建立其系統(tǒng)的機械、液壓等多領(lǐng)域耦合的動力學(xué)仿真模型。本發(fā)明突破以往構(gòu)建混凝土泵車臂架模型的局限，在以往泵車臂架模型構(gòu)建上，要么通過面向過程構(gòu)建泵車臂架系統(tǒng)，模型重用性差，工作量大。要么是模型只涉及單一領(lǐng)域如只含機構(gòu)，很難正確表達泵車的復(fù)雜油路和機構(gòu)運動相互影響的非線性關(guān)系，使得仿真結(jié)果偏離實際數(shù)據(jù)，而依據(jù) Modelica語言面向?qū)ο笠约斑m合復(fù)雜系統(tǒng)多領(lǐng)域建模的特點構(gòu)建的混凝土泵車臂架模型庫，把臂架系統(tǒng)級模型與部件模型，乃至元件級模型集成為一個整體研究，可以對臂架內(nèi)部更加復(fù)雜的過程進行仿真分析?？朔鲜鰞蓚€缺點，實現(xiàn)了計算機仿真對設(shè)計的數(shù)據(jù)支持， 結(jié)果驗證了本文闡述的modelica多領(lǐng)域多物理場耦合模型的科學(xué)性與可行性，為泵車臂架系統(tǒng)的工程設(shè)計提供了理論依據(jù)，其方法和程序可以普遍應(yīng)用于機、電、液、控相耦合的工程機械系統(tǒng)的建模與動態(tài)特性分析當中，對大型復(fù)雜工程機械系統(tǒng)的研究有一定的指導(dǎo)意義。
權(quán)利要求
1.一種基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法，其特征在于，包括如下步驟1)系統(tǒng)拆解根據(jù)真實臂架系統(tǒng)進行系統(tǒng)級拆解，將其拆解為臂架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，構(gòu)建一系列物理系統(tǒng)模型，將這些模塊按一定的規(guī)則，組織成具有相對獨立性的部件模型庫，并通過模型簡化構(gòu)造模型庫；2)部件建模首先構(gòu)建同一類元件的接口，接口分為輸入接口和輸出接口，前一元件的輸出接口和后一元件的輸入接口連接，不同類型的元件之間的傳遞要保證其有相同的接口，同一部件的物理模型通過其輸入接口、輸出接口之間的方程組來描述；3)系統(tǒng)級建模通過使用部件中相應(yīng)的“虛”模型，代替在部件建模中建立的泵車臂架部件的實際模型，通過平臺的圖形化界面功能窗口管理，拖放、移動“虛”模型圖標，接口連接以及添加參數(shù)、方程組構(gòu)建；4)仿真控制；5)最后，仿真結(jié)果曲線演示。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述部件建模、系統(tǒng)級建模采用開放式建模方式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述在部件建模時，采用參數(shù)化建模， 對構(gòu)建好的部件模塊進行封裝。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述臂架系統(tǒng)包括泵車轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、首節(jié)臂架、中間臂架和末節(jié)臂架。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述液壓系統(tǒng)包括液壓泵、液壓馬達、液壓缸、換向閥和節(jié)流閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及泵車臂架仿真系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于Modelica語言的泵車臂架系統(tǒng)仿真建模方法，其包括如下步驟1)系統(tǒng)拆解；2)部件建模；3)系統(tǒng)級建模；4)仿真控制；5)最后，仿真結(jié)果曲線演示；本發(fā)明依據(jù)Modelica語言具有可讀性強、便于修改及可用性強，以及模塊化、層次化、規(guī)范化和參數(shù)化，仿真模型互操作性和重用性強等特點，能夠進行泵車臂架系統(tǒng)的機械、液壓和控制等多領(lǐng)域耦合的建模與仿真；同時Modelica語言具有強大的數(shù)學(xué)求解能力，對非線性方程組不需開發(fā)人員進行任何變換，為工程技術(shù)人員提供了高效便捷的輔助設(shè)計手段；此外，該建模方式不僅簡潔明了，而且具有較高的仿真精度和建模效率。
文檔編號G05B17/02GK102540903SQ20111044953
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者仲作陽, 何淑芬, 孟光, 張文明, 李明, 荊建平 申請人:孟光, 李明, 荊建平