專利名稱：基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域，特別是涉及液壓、機(jī)械、控制、電子等多領(lǐng)域的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在混凝土泵車臂架涉及領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)仿真可以發(fā)揮投資少見效快的特點(diǎn)，以較少的投資快速地獲得幾種不同的設(shè)計(jì)方案。它的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)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(jì)CPCWD軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于windows平臺(tái)，利用visual kisic和Microsoft Access 97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(jìn)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(shí)的編程能力，還要對物理抽象出來的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)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。Multi-Domain Simulation- Mechanics and Hydraulics of an Excavator 籌模擬挖掘機(jī)的機(jī)械學(xué)和液壓學(xué))一文中，提出了基于Modelica/dymola對挖掘機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，這個(gè)模型包含了廂體三維機(jī)構(gòu)的完整模型，包含運(yùn)動(dòng)臂、斗桿、鏟斗以及液壓模型，Modelica語言很好的解決了多體系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的兼容問題，很好的評估了不同液壓回路，并且借助于Dymola仿真特性，使用戶有可能在幾乎真實(shí)的情況下觀察運(yùn)動(dòng)，為構(gòu)建混凝土泵車臂架系統(tǒng)提供了值得借鑒的地方。然而模型是通過一系列運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行控制， 模型搭建過于復(fù)雜，不能形象、直觀的表示挖掘機(jī)系統(tǒng)，對于用戶來說很難使用，學(xué)習(xí)。由于Modelica語言的在多領(lǐng)域系統(tǒng)建模的優(yōu)勢非常明顯，他能很好的融合泵車臂架系統(tǒng)中的液壓、機(jī)械、控制，同時(shí)模塊化建模，同時(shí)Modelica語言具有強(qiáng)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(jìn)行任何變換，大大提高了建模效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具有模塊化、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(qiáng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，首先，對真實(shí)混凝土泵車臂架物理系統(tǒng)按照混凝土泵車臂架總體一臂架各功能子系統(tǒng)一臂架部件的順序拆解為部件模塊；其次，按照部件模塊庫一功能子系統(tǒng)模塊庫一系統(tǒng)模塊庫的順序，使用 Modelica語言編制的程序或封裝接口，對泵車臂架各部件、各功能子系統(tǒng)、系統(tǒng)進(jìn)行建模;為了有利于重復(fù)使用模型，所述各模塊采用參數(shù)化建模，構(gòu)建參數(shù)化接口，通過接口之間參數(shù)，傳遞物理、數(shù)學(xué)方程；為保證模型庫內(nèi)部的兼容，同一模型庫采用共用的接口，不同模型庫之間通過包含有不同模型庫共有接口的元件進(jìn)行連接；為了以圖標(biāo)方式來替代泵車臂架部件的實(shí)際物理模型，以使在操作平臺(tái)窗口中可以對這些圖標(biāo)進(jìn)行拖拽、移動(dòng)、連接、以及參數(shù)設(shè)置和添加，對所述構(gòu)建的模型進(jìn)行封裝；最后，通過軟件對所構(gòu)建的模型進(jìn)行仿真控制，并將仿真結(jié)果進(jìn)行演示。所述泵車臂架總體按照功能拆解為以下子系統(tǒng)機(jī)械臂架、液壓、控制、傳感器以及支反力。所述機(jī)械臂架子系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)可拆解為以下部件轉(zhuǎn)臺(tái)、首節(jié)臂架、中間臂架、末端臂架。所述液壓子系統(tǒng)按照功能可拆解為以下部件液壓泵、馬達(dá)、換向閥、節(jié)流閥、伺服閥。所述控制子系統(tǒng)按照功能可拆解為以下部件控制信號(hào)元件和邏輯元件。所述傳感器子系統(tǒng)按照功能可拆解為距離傳感器和位置傳感器。在所述部件建模中，可利用Modelica語言提供的基本元件庫的接口來構(gòu)建具有相同物理學(xué)背景的同一類部件的接口，接口分為輸入接口和輸出接口，接口保證部件之間的參數(shù)傳遞，前一部件的輸出接口和后一部件的輸入接口連接；不同類部件之間的傳遞需具有相同的接口。所述系統(tǒng)模型根據(jù)其折疊方式的不同可構(gòu)建為R型臂架系統(tǒng)模型和Z型臂架系統(tǒng)模型。所述仿真控制包括算法設(shè)置、控制時(shí)間設(shè)置、參數(shù)設(shè)置；所述仿真結(jié)果包括3D動(dòng)畫演示和曲線演示。所述仿真系統(tǒng)可以在MWork或dymola操作平臺(tái)上使用。本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)真實(shí)臂架系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)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)、傳感器系統(tǒng)等。臂架系統(tǒng)包括了泵車轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)械使用的一系列通用液壓閥， 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套完善的比例微分控制系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包含測量轉(zhuǎn)角、距離等一系列部件。同時(shí)該發(fā)明可以和Modelica語言提供的多體機(jī)械庫、旋轉(zhuǎn)機(jī)械庫以及信號(hào)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(tái)上使用，還可以在支持Modelica 語言規(guī)范的瑞典的dymola平臺(tái)使用，本發(fā)明的軟件庫可以對不同型號(hào)泵車臂架系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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(yùn)動(dòng)，振動(dòng)、沖擊、以及液壓負(fù)載等一系列動(dòng)態(tài)特性，為泵車設(shè)計(jì)者提供參考數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。同時(shí)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(jìn)行擴(kuò)充。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(jī)構(gòu)，很難正確表達(dá)泵車的復(fù)雜油路和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相互影響的非線性關(guān)系。使得仿真結(jié)果偏離實(shí)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(diǎn)構(gòu)建的混凝土泵車臂架模型庫，把臂架系統(tǒng)級(jí)模型與部件模型，乃至元件級(jí)模型集成為一個(gè)整體研究，可以對臂架內(nèi)部更加復(fù)雜的過程進(jìn)行仿真分析?？朔鲜鰞蓚€(gè)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)仿真對設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)支持。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)建流程圖； 圖3是本發(fā)明部件庫的建模流程圖； 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)模型庫結(jié)構(gòu)框圖； 圖5是本發(fā)明系統(tǒng)的仿真流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，首先是真實(shí)泵車臂架物理系統(tǒng)，在拆解后構(gòu)建的各部分模型庫，主要是機(jī)械臂桿、控制、液壓、傳感器模型庫，通過這些模型庫搭建的兩個(gè)系統(tǒng)級(jí)模型庫，這兩個(gè)模型庫不同之處在于泵車臂架折疊方式的不同，分別是R型折疊方式和Z 型折疊方式。R型折疊方式復(fù)雜，占用空間小，Z型折疊方式簡單，但占用空間大，前者多用于多臂架系統(tǒng)，后者多用臂架較少系統(tǒng)。系統(tǒng)級(jí)模型搭建完成后是仿真控制，仿真控制主要是包括算法設(shè)置、控制時(shí)間設(shè)置，參數(shù)設(shè)置等。最后是仿真結(jié)果，仿真結(jié)果部分通過3D動(dòng)畫演示以及曲線演示。在系統(tǒng)拆解過程中可根據(jù)泵車的以下臂架的以下特點(diǎn)進(jìn)行拆解1)泵車臂架布料桿。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)臂連接可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)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(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，在工程機(jī)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(shí)際物理系統(tǒng)進(jìn)行拆分，分成液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、換向閥、節(jié)流閥等一系列有獨(dú)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，所以將其分解為控制信號(hào)元件，邏輯元件，控制信號(hào)元件主要是提供泵車開啟、關(guān)閉、閥口開啟大小等的原始信號(hào)， 邏輯元件作用是將這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，如將開啟、關(guān)閉這類脈沖信號(hào)處理為斜坡信號(hào)， 這樣可以減少系統(tǒng)的沖擊，同時(shí)泵車臂架控制系統(tǒng)存在著一套基本的控制原理比例微分控制原理(PD控制)，通過上述邏輯元件和信號(hào)元件共同實(shí)現(xiàn)。4)傳感器部分，臂架舉升位置通過預(yù)先給定目標(biāo)位置，目標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)是通過傳感器部分提供數(shù)據(jù)測量，并將這些輸出反饋給控制系統(tǒng)，修正位置，使之準(zhǔn)確達(dá)到預(yù)定位置，同時(shí)傳感器提供臂桿舉升時(shí)相對轉(zhuǎn)角的測量，將測量數(shù)據(jù)反饋到PD控制系統(tǒng)之后，便可以保證臂架之間轉(zhuǎn)角按照給定目標(biāo)轉(zhuǎn)角或目標(biāo)轉(zhuǎn)角速度運(yùn)動(dòng)。將這些模塊按一定的規(guī)則，組織成具有相對獨(dú)立性的部件模型庫，并通過模型簡化構(gòu)造模型庫。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)建流程圖。首先，依照模塊化建模的原理及對象的實(shí)際物理過程，依據(jù)上述的系統(tǒng)級(jí)需求一子系統(tǒng)級(jí)需求一部件級(jí)需求的順序，對泵車臂架系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分解，分解成由部件組合的系統(tǒng)；根據(jù)子系統(tǒng)或部件的典型特征和相應(yīng)的物理定律，建立數(shù)學(xué)模型，使用Modelica語言，在已有的模塊基礎(chǔ)上繼承或者編制新的程序或封裝接口 ；有了部件模塊，按照部件模塊庫一子系統(tǒng)模塊庫一系統(tǒng)模塊庫的順序，組建完整的模塊庫；有了模塊庫，就可以利用部件模塊組合成所需要研究的對象——泵車臂架模型。模塊庫中的模塊可以根據(jù)需要進(jìn)行定制，而且在通常情況下只需要了解模塊的接口就可以使用模塊，不需要了解模塊的實(shí)現(xiàn)。接下來就是要利用已有的模塊，組建整個(gè)對象的模型，進(jìn)行仿真計(jì)算。根據(jù)所需要研究的泵車類型的不同，如三節(jié)臂，四節(jié)臂，五節(jié)臂，不同的折疊方式等。用戶或者可以直接使用已有的模塊模型，或者在繼承原有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展。然后在這些模塊組合的基礎(chǔ)上，建立泵車臂架的完整模型，并設(shè)定模型中各個(gè)部件的參數(shù)和參數(shù)的初始值，這樣最終就獲得了一個(gè)根據(jù)用戶需要建立的新的泵車臂架完整仿真模型。系統(tǒng)建模，是通過使用部件中相應(yīng)的“虛”模型(即部件圖標(biāo))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(shí)際模型；通過平臺(tái)的圖形化界面功能窗口管理，拖放、移動(dòng)“虛”模型圖標(biāo)，接口連接以及添加參數(shù)、方程組等構(gòu)建。圖3是本發(fā)明部件庫的建模流程圖，對拆解后的模塊首先是進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后數(shù)學(xué)模型進(jìn)行面向?qū)ο蟮某绦蚧?，在建模過程中可以充分利用Modelica語言提供的基本元件庫，如基本元件庫的接口等，在建模過程中采用參數(shù)化建模，參數(shù)化建模的優(yōu)點(diǎn)就是直觀、明了，重用性強(qiáng)，對構(gòu)建好的模型進(jìn)行檢查，檢查主要分為功能性檢查和語法性檢查，功能性檢查檢查模型能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，語法性檢查，主要是檢查模型能否運(yùn)行，功能性錯(cuò)誤要回到最初的數(shù)學(xué)建模上，語法性錯(cuò)誤主要出現(xiàn)在編程上。最終模型運(yùn)行成功后，則可以對模型進(jìn)行封裝。在部件建模中首先構(gòu)建同一類元件的接口，所謂同一類元件，也就是上述進(jìn)行系統(tǒng)拆解中將機(jī)械、液壓、控制等可歸為一類，類的最明顯的特點(diǎn)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(dá)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(shí)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(jìn)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)。圖4是本發(fā)明系統(tǒng)模型庫的結(jié)構(gòu)框圖，按照上述的分解方法，把泵車臂架系統(tǒng)按功能拆解為機(jī)械、液壓、控制、電子等部分，并根據(jù)逆向的建模方法構(gòu)以及對拆解部分進(jìn)行了合理的簡化，構(gòu)造了泵車臂架系統(tǒng)下的機(jī)械臂架、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及支反力系統(tǒng)模型庫，機(jī)械臂架系統(tǒng)下按照結(jié)構(gòu)的不同分成了轉(zhuǎn)臺(tái)、首節(jié)臂架、中間臂架和末端臂架等部件；液壓系統(tǒng)涵蓋了液壓泵、馬達(dá)、換向閥、節(jié)流閥和伺服閥等液壓元件；控制系統(tǒng)包含了大量控制信號(hào)，以及邏輯元件。最終通過這些系統(tǒng)構(gòu)建了整個(gè)泵車臂架系統(tǒng)模型，泵車臂架系統(tǒng)模型可以對泵車的展開收回液壓沖擊等進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。圖5所示是本模型庫在MWorks或者dymola上的仿真流程圖，用戶在構(gòu)建泵車臂架模型庫的時(shí)候，第一步是通過拖拽模型庫的機(jī)械、液壓、控制等元部件搭建真實(shí)的物理系統(tǒng)。第二步是用戶對搭建好的模型進(jìn)行模型檢查，模型檢查主要包括兩部分，一是用戶對搭建模型的自我檢查，主要檢查模型搭建是否符合物理規(guī)律，比如液壓缸的兩個(gè)接口之間的距離最初一定要能滿足臂架兩個(gè)接口的距離，最大行程要能滿足泵車臂架舉升需要，如果達(dá)不到，自然在仿真過程本模型是失敗的，還有臂架之間的干涉等。二是操作應(yīng)用平臺(tái)的語法、邏輯檢查，MWorks和dymola都有這種功能，檢查模塊之間是否兼容，語法是否正確，能否符合邏輯，當(dāng)出現(xiàn)第二種情況也就是軟件檢查出錯(cuò)誤的時(shí)候，計(jì)算是無法進(jìn)行下去的，而在用戶檢查出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，模型有可能語法并不錯(cuò)誤，只是功能達(dá)不到要求，因此為了保證仿真結(jié)果的正確，兩種檢查必須都進(jìn)行。第三步是模型編譯和仿真，模型的編譯和仿真之前要求用戶對模塊的每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，由于本發(fā)明采用模塊化、參數(shù)化建模，參數(shù)對模型仿真結(jié)果影響顯而易見，用戶在進(jìn)行仿真時(shí)候一定要保證參數(shù)符合物理情況，同時(shí)參數(shù)化保證了模塊的重用性強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶在搭建好一類臂架模型之后，如五節(jié)臂泵車，可以將其保存，然后只要修改其中參數(shù)就可以對不同信號(hào)的五節(jié)臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，如修改P 可以改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，修改XO可以改變系統(tǒng)的初始仿真參數(shù)，修改tO、tl可以改變系統(tǒng)仿真的初始時(shí)間和終止時(shí)間。第四步是查看sim文件，進(jìn)行仿真后，軟件系統(tǒng)輸出sim文件。第六步是查看輸出結(jié)果，輸出結(jié)果主要有曲線結(jié)果演示，和3D動(dòng)畫演示，本發(fā)明提供的3D動(dòng)畫可演示泵車臂架的回轉(zhuǎn)，舉升以及臂架折疊回收等，3D動(dòng)畫可以表現(xiàn)出泵車臂架舉升過程中的幾乎所有的動(dòng)態(tài)特性，而曲線結(jié)果可以提供液壓沖擊力曲線，臂架受力曲線、泵車舉升角等結(jié)果，可以滿足設(shè)計(jì)者的幾乎所有設(shè)計(jì)要求參數(shù)。本發(fā)明還改變了目前真中只重視具體模型編程實(shí)現(xiàn)，而對具體仿真對象模型整體結(jié)構(gòu)和框架設(shè)計(jì)的忽略；集成了多學(xué)科，多層次仿真模型，能夠從不同角度和細(xì)節(jié)上對復(fù)雜的泵車的部件相互作用和相互影響以及整體性能進(jìn)行研究，從而減少循環(huán)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)次數(shù)，對系統(tǒng)和部件結(jié)構(gòu)改進(jìn)等提供支持。泵車臂架是泵車設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分，泵車設(shè)計(jì)過程中必須考慮以下幾個(gè)方向， 泵車液壓缸能否提供足夠的動(dòng)力來保證臂架舉升到指定位置，同時(shí)又能使每個(gè)液壓缸盡可能的小。液壓油路的泄漏對泵車臂架有著怎樣的影響，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生液壓油的泄漏使得臂架失穩(wěn)的情況。泵車臂架之間的連桿機(jī)構(gòu)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生干涉，影響臂架的展開和收回。泵車的液壓沖擊對臂架產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)以及整個(gè)泵車的共振。本發(fā)明可以對上述的一切情況進(jìn)行仿真和分析，用戶或者設(shè)計(jì)者可以通過仿真結(jié)果直觀明了的查看一些重要設(shè)計(jì)參數(shù)，對泵車設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。本發(fā)明適用性強(qiáng)，適用于不同公司生產(chǎn)的不同型號(hào)泵車臂架系統(tǒng)使用。
權(quán)利要求
1.一種基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，首先，對真實(shí)混凝土泵車臂架物理系統(tǒng)按照混凝土泵車臂架總體一臂架各功能子系統(tǒng)一臂架部件的順序拆解為部件模塊；其次，按照部件模塊庫一功能子系統(tǒng)模塊庫一系統(tǒng)模塊庫的順序，使用Modelica語言編制的程序或封裝接口，對泵車臂架各部件、各功能子系統(tǒng)、系統(tǒng)進(jìn)行建模；為了有利于重復(fù)使用模型，所述各模塊采用參數(shù)化建模，構(gòu)建參數(shù)化接口，通過接口之間參數(shù)，傳遞物理、數(shù)學(xué)方程；為保證模型庫內(nèi)部的兼容，同一模型庫采用共用的接口，不同模型庫之間通過包含有不同模型庫共有接口的元件進(jìn)行連接；為了以圖標(biāo)方式來替代泵車臂架部件的實(shí)際物理模型，以使在操作平臺(tái)窗口中可以對這些圖標(biāo)進(jìn)行拖拽、移動(dòng)、連接、以及參數(shù)設(shè)置和添加，對所述構(gòu)建的模型進(jìn)行封裝；最后，通過軟件對所構(gòu)建的模型進(jìn)行仿真控制，并將仿真結(jié)果進(jìn)行演示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述泵車臂架總體按照功能拆解為以下子系統(tǒng)機(jī)械臂架、液壓、控制、傳感器以及支反力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述機(jī)械臂架子系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)可拆解為以下部件轉(zhuǎn)臺(tái)、首節(jié)臂架、中間臂架、 末端臂架。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述液壓子系統(tǒng)按照功能可拆解為以下部件液壓泵、馬達(dá)、換向閥、節(jié)流閥、 伺服閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述控制子系統(tǒng)按照功能可拆解為以下部件控制信號(hào)元件和邏輯元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述傳感器子系統(tǒng)按照功能可拆解為距離傳感器和位置傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，在所述部件建模中，可利用Modelica語言提供的基本元件庫的接口來構(gòu)建具有相同物理學(xué)背景的同一類部件的接口，接口分為輸入接口和輸出接口，接口保證部件之間的參數(shù)傳遞，前一部件的輸出接口和后一部件的輸入接口連接；不同類部件之間的傳遞需具有相同的接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述系統(tǒng)模型根據(jù)其折疊方式的不同可構(gòu)建為R型臂架系統(tǒng)模型和Z型臂架系統(tǒng)模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述仿真控制包括算法設(shè)置、控制時(shí)間設(shè)置、參數(shù)設(shè)置；所述仿真結(jié)果演示包括3D動(dòng)畫演示和曲線演示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述仿真系統(tǒng)可以在MWork或dymola操作平臺(tái)上使用。
全文摘要
一種基于Modelica語言的混凝土泵車臂架仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，通過臂架總體→臂架各功能子系統(tǒng)→臂架部件的順序?qū)φ鎸?shí)物理模型進(jìn)行拆解，再按照部件模塊庫→子系統(tǒng)模塊庫→系統(tǒng)模塊庫的順序構(gòu)建各模型庫，各模塊基于參數(shù)化建模，構(gòu)建參數(shù)化接口，通過接口之間參數(shù)，傳遞物理、數(shù)學(xué)方程，然后對模型進(jìn)行封裝，并提供用戶參數(shù)設(shè)置窗口，同一模型庫有共用的接口，不同模型庫之間通過包含不同模型庫共有接口的元件實(shí)現(xiàn)連接，這樣保證了不同領(lǐng)域之間的模型的參數(shù)傳遞，使得能夠搭建復(fù)雜的泵車臂架模型。本發(fā)明具有模塊化、層次化、規(guī)范化和參數(shù)化的特點(diǎn)，仿真模型間可互操作和重用，同時(shí)開放式的建模思路，保證了使用過程可以添加不同元部件。
文檔編號(hào)G05B17/02GK102331720SQ20111027904
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉濤, 張偉偉, 曹源, 王棟, 金先龍 申請人:上海交通大學(xué)