[發明專利]基于Modelica語言的汽車起重機變幅機構仿真建模方法

無效

• 申請號: 201110437198.6
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102566438A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 仲作陽;孟光;李明;荊建平;楊揚;何淑芬
• 申請（專利權）人: 李明;孟光;荊建平
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

[技術領域]

本發明涉及汽車起重機變幅機構仿真系統技術領域，具體地說是一種基于Modelica語言的汽車起重機變幅機構仿真建模方法。

[背景技術]

汽車起重機由于利用汽車底盤，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度快，轉移到作業場地后能迅速投入工作等優點，廣泛用于貨物裝卸、轉移、設備安裝及高空作業等場合。而變幅機構是汽車起重機的重要組成部分，其結構型式及作業工況多樣，且工作特點間歇、重復、循環。頻繁的起動、制動過程中，機構和結構承受著強烈的沖擊和振動，是典型的機械、液壓、控制等多領域耦合系統。故而，對汽車起重機變幅機構合理、科學、全面的多領域并存的動力學建模仿真就顯得尤為重要與緊迫。

汽車起重機的變幅系統主要由機械和液壓兩個領域組成，而傳統的單一領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。為進一步研究并改善汽車起重機變幅系統的動態特性，還必須充分考慮控制部分對整機系統動態響應的影響。這樣，系統的建模就涉及到機械、液壓和控制等多個領域。而如果單純考慮汽車起重機變幅機構自身機械系統的特性，可以采用機械系統動力學分析軟件工具(例如MSC_ADMAS)來進行仿真；但如果考慮整個變幅系統動力性、穩定性等，這些特性不僅涉及機械系統的動力學特性，而且涉及液力系統、電子電控系統等，故采用單一的工具難以對這些由于多個不同領域子系統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。

針對以上汽車起重機變幅機構中的典型多領域問題，工程中也產生了對單一領域仿真工具進行集成、或進行多領域延拓的方法，例如，將機械系統動力學仿真分析軟件ADAMS的模型導出成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進行大型聯合仿真。雖然這種思路提供了一種解決多能域耦合動力學仿真的方法，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，勢必要遇到數據傳遞的復雜問題，模型重復且不可重用，會導致仿真精度、建模效率、仿真速度等方面的問題。

Modelica語言是面向對象的仿真語言，它是Mworks的建模基礎。Modelica語言是為解決多領域物理系統的統一建模與協同仿真，在歸納和統一先前多種建模語言的基礎上，于1997年提出的一種基于方程的陳述式建模語言。其采用數學方程描述不同領域子系統的物理規律和現象，根據物理系統的拓撲結構基于語言內在的組件連接機制實現模型構成和多領域集成，通過求解微分代數方程系統實現仿真運行。

[發明內容]

本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種基于Modelica語言的汽車起重機變幅機構仿真建模方法，具有模塊化、層次化、規范化和參數化，以及仿真模型互操作性和重用性強的特點。

為實現上述目的設計一種基于Modelica語言的汽車起重機變幅機構仿真建模方法，其包括如下步驟：

1)系統拆解：首先對真實汽車起重機變幅機構進行系統級拆解，構建一系列物理系統模型，包含機械子系統、液壓子系統和控制子系統，進而對得到的機械子系統、液壓子系統和控制子系統進行分解，得到不同領域的元件；

2)元件級建模：針對分解得到的基本元件進行建模分析，構建元件的接口，首先構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)子系統級建模：利用元件級建模得到的元件，并結合Modelica基本庫和Hylib庫中的元件，對汽車起重機變幅機構的機械子系統、液壓子系統及控制子系統進行搭建；

4)系統級建模：通過使用部件中相應的“虛”模型代替元件或子系統的實際模型；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、方程組構建；

5)仿真控制；

6)最后，仿真結果演示。

所述機械子系統包括支撐臺、轉動副、吊臂，所述液壓子系統包括油缸、液壓泵、液壓缸、溢流閥、比例伺服閥、平衡閥、單向閥，所述控制子系統包括速度傳感器、位移傳感器、加法器、減法器和控制元件。

所述元件級建模、子系統級建模、系統級建模采用開放式建模方式。

所述在構建元件時采用參數化建模。