[发明专利]基于Modelica语言的液压起升机构仿真建模方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及液压起升机构仿真系统领域，具体地说是一种基于Modelica语言的液压起升机构仿真建模方法。

[背景技术]

液压起升机构是汽车起重机和履带起重机的主要工作装置之一，用于实现重物的垂直位移，它通常由液压马达、制动减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。因此是一种由多系统、多学科、多领域集成的非常复杂的工程装备，各机构之间，子系统之间有着非常复杂的力学、液压、控制等不同学科领域的交互和耦合。

经对现有技术的文献检索发现，王帮峰等人在《起重机液压提升机构起升过程的仿真研究》一文中，将起升机构等效为质量弹簧系统，建立比较完整的液压起升机构多自由度非线性动力学模型，应用Matlab软件进行仿真求解。该技术不能准确描述机械系统与液压系统的耦合关系，以及控制系统对于起升机构的影响，无法建立完整的多领域模型。马长林等人在《基于Simulink的液压起升机构仿真研究》一文中，基于Simulink平台建立液压起升机构模型，利用Simulink的SimMechaics模块建立了起升机构的机械模型，采用改进的节流流量模型，基于节点发建模思想建立了液压系统模型，然后根据液压、机械系统的参数关联关系将两个系统模型有机集成起来，得到较为完整的液压起升机构仿真模型。

Multi-Domain Simulation-Mechanics and Hydraulics of an Excavator (多筹模拟：挖掘机的机械学和液压学)一文中，提出了基于Modelica/dymola对挖掘机系统进行仿真建模，这个模型包含了厢体三维机构的完整模型，包含运动臂、斗杆、铲斗以及液压模型，Modelica语言很好的解决了多体系统、液压系统的兼容问题，很好的评估了不同液压回路，并且借助于Dymola仿真特性，使用户有可能在几乎真实的情况下观察运动。然而模型是通过一系列运动方程进行控制，模型搭建过于复杂，不能形象、直观的表示挖掘机系统，对于用户来说很难使用、学习。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于Modelica语言的液压起升机构仿真建模方法，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。

为实现上述目的设计一种基于Modelica语言的液压起升机构仿真建模方法，其包括如下步骤：

1)系统拆解：首先对液压起升系统进行了拆解，根据真实物理系统的各部分功能进行分解，将其分解分成机械系统模块和液压系统模块；所述液压起升系统拆解出一系列有独立功能的元件模块，这些模块按一定的规则，组织成具有相对独立性的部件模型库，并通过模型简化构造模型库；

2)部件建模：首先构建同一类元件的接口，接口分为输入接口和输出接口，前一元件的输出接口和后一元件的输入接口连接，不同类型的元件之间的传递要保证其有相同的接口，同一部件的物理模型通过其输入接口、输出接口之间的方程组来描述；

3)系统级建模：通过使用部件中相应的“虚”模型代替液压起升机构实际模型，通过平台的图形化界面功能：窗口管理，拖放、移动“虚”模型图标，接口连接以及添加参数、方程组构建；

4)仿真控制：仿真控制主要包括算法设置、控制时间设置，参数设置；

5)最后，仿真结果曲线演示。

所述机械系统模块拆解成卷筒、钢丝绳、滑轮组和吊钩模块，所述液压系统模块拆解成发动机、液压泵、方向控制阀、溢流阀、平衡阀和液压马达模块。

所述在部件建模时，采用参数化建模，对构建好的部件模块进行封装。

所述对构建好的机械系统模块和液压系统模块进行检查分为功能性检查和语法性检查。

所述仿真结果曲线演示包括液压马达两端压力差曲线、卷筒转速曲线、臂架与吊重位移曲线、钢丝绳张力曲线。