基于Modelica的液压起重机起升系统的多场耦合建模与性能仿真

发布时间：2017-12-28 13:23

本文关键词：基于Modelica的液压起重机起升系统的多场耦合建模与性能仿真　出处：《上海交通大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：以起重机为典型代表的现代工程机械是一种由多系统、多学科、多领域集成的工程装备,它是以机械系统为主体,融合控制、电子与液压等子系统的复杂大系统。此类系统的动力学分析问题主要体现在为刚柔耦合机械多体系统以及集电子、液压等多领域的复杂系统建立准确的模型,分析多领域系统间的耦合作用对系统性能的影响。传统的对单一工程领域问题进行研究分析的仿真工具已难以胜任,为准确分析系统结构和提高产品的动态特性与综合性能,有必要对涉及多领域部件的液压起重机进行统一建模、仿真与优化。因此,本文旨在开发一个通用的部件及子系统的模型库,以此为基础工具,在统一建模仿真平台MWorks上,建立液压起重机起升系统的包含机械、液压、控制等领域的多场耦合模型,最终实现对起升系统动态特性和综合性能的分析优化。本文采用面向物理对象多领域建模仿真语言Modelica,以模块化建模技术对液压起重机的起升系统按工程领域进行模块化分解建模,建立的模型库具有典型性、独立性、通用性和可连接性的特点。在软件仿真平台MWorks下首先对各模块进行仿真验证,之后将不同领域模块连接进行连接实现联合仿真,解决液压起重机起升系统的多领域建模与仿真问题。首先对液压起重机起升系统按工程领域进行模块化分解,将其分解为机械系统、液压系统和电控系统等模块,以便采用模块化建模思想对其进行建模仿真。在机械系统建模中,基于有限单元理论,针对包含大变形、大转动构件的刚柔耦合机械多体系统,提出并构建了一组非线性的描述起升机构运动特性的模块单元,由于所建立的模型充分考虑了其中的非线性特性,将其与传统的线性模型进行比较,定性分析非线性对其动态特性的影响。在液压系统建模中,综合考虑其中的弹性模量、节流系数、阻尼系数、液感、紊流、容腔等非线性因素,建立其非线性数学模型,基于Modelica语言和MWorks平台,建立通用化、可重用的液压元件模型库。对液压传动元件—液压泵和液压控制元件—电液伺服阀进行多场建模,涉及电场、磁场、液压、机械等多场的耦合。将本文建立的模型与实验数据及传统的线性元件进行比较,验证元件模型建立的正确性,并定性分析各参数对其非线性特性的影响。将以上不同领域模型进行综合,建立液压起重机起升系统的多场耦合模型,并进行仿真分析。针对起升时常见的工况进行仿真,分析其动态特性,以及非线性特性对系统性能的影响。
[Abstract]:The modern construction machinery, which is typically represented by crane, is an engineering equipment integrated by multi system, multi-disciplinary and multi fields. It is a complex system with mechanical system as the main body, and integrates subsystems of control, electronics and hydraulics. The dynamic analysis of such systems is mainly reflected in the establishment of an accurate model for rigid flexible coupled mechanical multibody systems and complex systems including electronics, hydraulics and other fields, and the coupling effect of multi domain systems on the performance of the system is analyzed. Traditional simulation tools for research and analysis of single engineering problems are not competent enough. In order to accurately analyze the system structure and improve the dynamic characteristics and comprehensive performance of products, it is necessary to conduct unified modeling, simulation and Optimization for hydraulic cranes involving multi field components. Therefore, this paper aims to develop a model library of generic components and subsystems, based on unified modeling tools, MWorks simulation platform, a hydraulic crane including mechanical, hydraulic and control field of lifting system of multi field coupling model, finally realizes the optimization analysis of dynamic characteristic of lifting system and comprehensive performance the.
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH21

【参考文献】