[发明专利]基于modelica语言的混凝土泵车仿真系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机仿真系统的设计方法，特别涉及一种基于modelica语言的混凝土泵车的计算机仿真系统的设计方法。

背景技术

目前普遍使用的仿真技术是面向过程的程序设计方法。在过程式的程序设计中，函数或子程序与数据是分别独立存在的，数据结构与算法的正确结合必须由用户自行保证。这样，用户不仅必须读懂全部程序，还必须仔细领会原编程人员的数据传递方法和技巧。否则，用户自定义模块虽然没有任何语法错误，却会因打乱了原来的数据传递机制而造成错误。此外还要求程序设计人员要对混凝土泵车的知识要非常了解，这就增加了成本和程序设计的难度。

另外在实际施工的过程中，还要考虑混凝土泵车是否满足操作稳定性要求和泵车的泵送能力能否达到工程要求的问题。

混凝土泵车在设计时，能保证混凝土泵车支腿系统在完全伸展时能够满足混凝土泵车的操作稳定性要求。但是在实际施工时，常常受到施工场地的限制，使得混凝土泵车支腿无法完全伸展开来，在这种情况下，混凝土泵车是否满足操作稳定性通常是非常难以确定的。计算机仿真可以以较少的成本在有限的施工场地中提出合适的支腿展开的方案。由于混凝土泵车是一种非常复杂的工程机械，它涉及了机械、液压、控制等不同领域的知识，要得到尽可能正确的结果，就要求我们尽可能的建立完整的混凝土泵车的模型。     

针对混凝土泵车操作稳定性的问题，目前，姜玉杰、李景春等人在《支腿结构设计对混凝土泵车稳定性的影响》一文中采用几何推导的方法求出混凝土泵车在最危险的工作位置的支腿反力计算公式，用来确定混凝土泵车的稳定性是否满足。但是这种计算方式只是采用了静力计算并没有考虑到动力的影响。邝皓在《混凝土泵车稳定性研究》一文中采用绘图法和有限元法对混凝土泵车支腿系统进行了仿真运算。这种方法虽然能够对混凝土泵车的操作稳定性问题的解决提出一种简便的方法，但是它依然没有考虑到动力学的影响，并且在现实的施工现场必须有专业的工程人员进行现场作图，而一般的混凝土泵车操作人员并不具备这种专业知识，这就会对混凝土泵车的施工带来种种不便。

混凝土泵车的泵送能力也是人们非常关心的泵车的性能之一。在现实的施工过程中，面对一定的混凝土泵送任务所选择的泵车是否具有相应的泵送能力也是很难确定的。在施工过程中，一般是工程人员按照自己的经验来选择，但是基于经验的选择又给施工带来一定的不确定性因素。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于Modelica语言的混凝土泵车仿真系统的设计方法，该方法能够对混凝土泵车的操作稳定特性和泵送性能进行仿真验证和优化设计的过程中大大简化用户工作量，降低模型使用难度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于Modelica语言的混凝土泵车仿真系统的设计方法，用于对混凝土泵车泵送性能及操作稳定性进行仿真和参数优化设计，首先，对混凝土泵车按照模块化、层次化分解为泵送子系统和稳定性子系统，所述子系统均包括有基本元件库和特殊/关键元件库；其次，对所述元件库的元件或功能进行数学建模并封装，得到元件模型库，然后，根据混凝土泵车的真实零部件，由元件模型库通过集成和扩展，并采用封装的方式得到具有特定接口、能够传递数据、并且能依据混凝土泵车的真实零部件完成一定功能的部件模型库，所述基本元件模型库、特殊/关键元件模型库以及部件模型库形成混凝土泵车泵送子系统和稳定性子系统，所述两个子系统通过耦合接口传递数据，形成混凝土泵车整体系统模型，根据泵车的实际型号和参数，在一定的操作平台上，通过改变性能参数对泵车泵送性能以及操作稳定性进行仿真验证和优化设计。

所述模块化分解是指具有物理上的相对独立性，能够完成单独的物理功能，同时具有数学上的独立性，使描述该物理部件特性的全部方程和计算都包含在模块程序内部的分解方法。

所述层次化分解是指从系统的最底层开始建立元件级模型库，然后根据模型要求将底层模型库组合成高一级部件模型库。

所述基本元件库包括所在库所涉及的不同学科领域的基本定理和基本原理的数学建模以及相同学科领域内不同元部件接口和不同学科领域之间耦合接口。    

所述特殊/关键元件模型库是指对混凝土泵送性能和操作稳定性性能所涉及到的关键元件进行的数学建模。

所述部件模型库是由元件模型库采用封装方式得到的一个黑盒子，该黑盒子具有特定的接口，能够传递数据，并且能依据混凝土泵车的真实零部件完成一定的功能。