基于Modelica的泵车臂架系统多领域耦合动力学建模与仿真

主要介绍一种基于 Modelica 语言的泵车臂架系统多领域耦合动力学仿真建模方法. 泵车臂架系统是典型的机械、液压、控制等多领域耦合系统,在其频繁的启动、制动过程中,变幅机构和液压元件均承受着强烈的冲击和振动. 传统的单一领域动力学建模方法很难全面反映泵车臂架系统的整体动力学性能,然而通过几种仿真工具进行联合仿真的方法亦难免存在建模效率、仿真速度等方面的问题. 针对以上不足,以某型泵车为研究对象,提供一种基于多领域统一建模语言 Modelica 的机械、液压及控制等多场耦合的泵车臂架系统动力学建模方法,并对其工作过程进行了动态仿真. 该模型具有模块化、层次化、规范化和参数化,以及仿真模型互操作性和重用性强的特点.     

多领域仿真平台下自顶向下的建模机制

针对当前多领域仿真平台建模机制采用拖放式建模、不支持产品正向设计的问题,提出基于空部件的自顶向下建模机制.该机制融合自底向上建模方式,以方便建立复杂多领域层次化模型,同时阐述了空部件的接口设计以及自底向上的模型更新机制.最后结合实例说明了采用该机制建立复杂多领域模型的过程.     

多领域统一建模方法在汽车性能仿真中的应用

现代汽车已越来越成为一个典型的多领域综合系统,包含了机械、电子、液力、控制等不同领域的系统并相互耦合.因此,汽车的性能仿真迫切需要一种统一的工具,以使不同领域的仿真分析基于一个统一的模型,从而减少不同模型间的数据传递、提高仿真精度;另外不同领域问题采用统一的可重用模型、提高建模效率.采用基于Modelica语言、标准及工具软件,已经有针对整车动力学及控制问题的多个模块,为汽车性能仿真提供r有效的工具.     

基于MWorks与Simulink的联合仿真

针对多领域统一建模和仿真问题,介绍模型耦合、求解器耦合和进程耦合等3种联合仿真途径,从模型的数学原理和软件架构方面研究多领域建模仿真平台MWorks与MATLAB/Simulink之间基于模型耦合的联合仿真,并基于Simulink的S-function和MWorks的COM实现两个建模仿真软件之间的联合仿真.多领域模型实例证明该联合仿真软件有效,可拓展Simulink的应用范围.     

基于LabVIEW的三相异步电机动态模型仿真

三相异步电机在工业生产和日常生活中的应用越来越广泛.为了提高电机系统的性能,优化控制模式以及改进设计方法,建立三相异步电机的仿真模型是非常有必要的.讨论了三相异步电机的高阶非线性多变量强耦合动态数学模型,并通过坐标变换把三相静止坐标系中的原始模型变换到dq轴同步旋转坐标系中相对简单的形式.利用LabVIEW建立了三相异步电机的动态模型,并使用模型对电机起动过程进行了仿真研究,得到了仿真结果.利用仿真可以客观、准确、详细、方便地获得三相异步电机的各项性能指标,仿真模型可用于对三相异步电机的各种研究中.     

三相异步电机建模与动态协同仿真技术实现

Matlab在复杂参数元件的仿真模型方面存在不足,不能直观、准确地给出电机在复杂电磁环境下的实际工况。针对这一问题,对ANSYS的三相异步电机建模与协同仿真技术进行研究。为了实现三相异步电机的动态协同仿真,对整个机电系统的性能进行分析,采用Ansys/Maxwell仿真软件建立三相异步电机本体模型、Ansys/Simplorer软件建立控制系统主电路、Matlab/Simulink建立电机控制策略的仿真模型。将电机本体有限元模型和控制系统模型相结合。重点对电机控制系统的匹配性能、电磁性能、机械特性以及稳定性进行精确分析,进而给出电机建模与仿真建模方法、步骤以及分析结果。通过仿真研究发现,动态联合仿真不仅能够真实地反映变频调速系统的实际运行情况,而且能够直观地展示电机在调速过程的电磁分布以及磁场变化。这对于变频调速控制系统的理论研究具有重要的现实意义。     

基于Modelica的半物理仿真硬件接口控制技术

针对半物理仿真（Hardware in Loop Simulation,HILS）中Modelica模型无法直接控制硬件设备的问题,基于Modelica研究硬件板卡接口控制模块与多领域仿真模型的统一表达技术.分析可视化模型方程表达机理,建立硬件板卡的接口模型库,从而在同一建模环境中实现多领域物理模型与硬件设备的关联,并实现Modelica离线数字仿真模型至HILS模型的直接转换,为基于Modelica的HILS应用提供技术支持.电机转速控制HILS结果表明该方法可行.     

基于中立型系统理论的异步电机电流解耦控制方法

针对异步电机传统系统建模中忽略数字延时,造成建模不精确,加剧电流环中两电流间的交叉耦合,导致低开关频率的传动系统电流畸变、系统不稳定等严重问题,运用中立型理论,提出一种基于中立型的异步电机电流解耦控制方法,设计中立型电流控制器.该电流控制方法具有参数自动整定的优点,且耦合小、响应快、鲁棒性好,该理论通过建立精确的数学模型来解决数字延时问题对传动系统控制性能的影响.对异步电机中立型时滞系统进行稳定性分析,通过仿真和实验结果表明了所设计中立型电流控制器的可行性.     

支持网络建模和仿真的Modelica模型管理框架

针对基于Modelica的多领域仿真模型组织方式不能支持模型的网络化共享控制及网络环境下在线建模仿真的问题,提出一种支持网络环境下建模与仿真的Modelica模型管理框架。首先分析了现有Modelica模型组织方式在支持网络多用户模式下的模型共享及建模仿真方面的问题,然后提出了基于数据库与文件仓相结合解决方案,既支持Modelica知识模型的网络共享,又支持网络环境在线建模与仿真。最后基于该模型管理框架开发实现基于网络的多领域统一建模仿真平台。     

支持动态变型设计的多领域系统知识建模与推理求解

基于Modelica语言的多领域系统建模关注物理建模和参数优化等问题,缺乏对产品变型设计的支持.通过扩展多领域基本仿真模型,提出一种结构待定和参数待定的变型产品结构模型.该模型按照参数约束、部件约束和模型约束等知识表达规范融入产品设计知识和经验,采用推理机推理确定产品的结构和参数,实现了基于仿真的动态变型设计.最后以实例验证了动态变型设计方法的实用价值.     

基于Modelcia的空调半实物仿真系统的设计与实现

为进行多领域空调系统的整体性能分析,基于Modelica建立了串口通信模型和空调模型,利用自编程的信号调理电路和已建立的串口通信模型将空调模型与空调控制器进行连接,建立了空调半实物仿真系统,仿真实验结果证明了本系统的有效性。本空调半实物仿真系统为多领域系统的半实物仿真提供了一套新的解决方案,可有效提高产品研发效率,降低研发成本。     

A UML-based object-oriented approach for design and simulation of a drug delivery system

Given complexity of the design and manufacturing processes of microelectromechanical system (MEMS) products, we present a unified modeling language (UML) based design approach for multi-domain products or systems like MEMS to designing and evaluating possible solutions at the early design stage to shorten their development time. Specifically, the proposed approach is used to model and analyze a novel drug delivery system combining MEMS devices and integrated circuit (IC) units. This drug delivery system aims to be used for safer and more effective therapy of the diabetics. Two design models about the whole drug delivery system and its micropump subsystem are established using UML diagrams; in particular a composition diagram with components and ports describes the topology of the system. Through design and simulation on the micropump subsystem, it is found that the variations of geometrical dimension and excitation voltage affect the characterization of the micropump. The simulation results demonstrate and validate the proposed approach, and can be used as a significant reference for the designer to design the optimal micropump.     

Using linear graph theory and the principle of orthogonality to model multibody, multi-domain systems

This paper presents a unified formulation capable of systematically generating the governing symbolic equations for multibody, multi-domain systems. The formulation is based on the principle of orthogonality, a powerful concept that serves as a generalization of the principle of virtual work and virtual power. Since it is a graph-theoretic approach, the formulation also provides significant flexibility with respect to the system’s modeling variables. This allows the user to model the mechanical portion of the system using joint, absolute, absolute angular, or some hybrid set of coordinates. To demonstrate the robustness of the approach, the paper compares the algorithm’s results for a forward dynamic analysis of a flexible parking lot barrier to those in the literature. The parking lot barrier model includes a three-phase induction motor, a six bar mechanism and a flexible beam.     

HIMADES-1: a hierarchical machine design system based on the structure model for a machine

A structure model is presented which can represent not only the simplified geometry of an individual part but also the whole structure of a machine. The model is derived from observation of the general features of a machine, ie the hierarchy and the topology (connectivity) among parts. The model plays an important role in developing a CAD system to aid designers in the primary design stage, because a general method for representing the whole structure of a machine is needed at that stage. An interactive machine design system named HIMADES-1 has been developed. The data structure of the system is based on the above structure model. The system has some original features, the most distinctive of which is the unified algorithm for dimension matching and motion analysis which reduces design labour in the primary stages of machine design.     

Virtual prototyping of mechatronic systems

Mechatronic systems abound in technological fields such as robotics and machine tools industry. Significant advances in dynamic performance of these systems can be achieved provided that mutual interactions of different domains (such as mechanics, electronics, hydraulics and control) are thoroughly understood. Virtual prototyping entails integration of multi-domain dynamic simulation in the design process, in order to reproduce and analyze the effects of design choices on the overall performance. This paper states the requirements of the modeling language and software tool for simulation of mechatronic systems and describes an experience of use of DYMOLA with Modelica language in the simulation of a complete machining center. The model has been successfully validated against experimental results collected on the real machining center.     

基于统一建模语言的智能交通系统工程设计研究

以统一建模语言设计智能交通的工程系统为研究,结合统一建模语言的特点,详细讨论了统一建模语言设计智能交通系统的总体结构、硬件体系及软件部分的方法,提出了信息系统的设计规划结合统一建模语言的流程、模式和方法。     

圆头锁眼机主电机控制系统的设计与实现

主轴电机控制系统是圆头锁眼机控制系统中的核心部分,因此详细研究主电机控制系统对整个系统将有非常重要的意义。通过对无刷直流电机控制系统的研究,提出了一种基于ARM和CPLD（Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件）的圆头锁眼机电机控制系统,重点介绍了硬件电路设计以及电机的高速速度优先、低速位置优先的定位算法。通过电机性能测试表明,这是一种简单而高效的电机控制系统,可以方便的应用于工业缝纫机控制系统以及相应的电机伺服控制系统。     

多领域系统可视化建模仿真平台集成开发

目前,单一工程软件无法实现复杂机电产品设计过程中的多领域系统可视化建模和仿真,而多软件松散组合的协同工作方式存在各种制约,如设计过程自动化程度低、建模精度难以提高．提出并建立基于Modelica语言的、兼顾数学描述和模块化建模的多领域建模平台Vimola,通过COM、共享内存、CORBA等多种通信技术,实现了Vimola、开源Modelica语言编译仿真器、三维过程可视化商业软件VisualComponents三者之间的仿真数据共享和同步,使复杂机电产品多领域动态仿真结果二维、三维可视化．该研究是实现复杂机电产品多领域可视化建模、仿真数据可视化以及三维实体可视化等功能有机集成的有效尝试．