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MathWorks发布液压系统建模和仿真工具SimHydraulics

王朝厨房·作者佚名  2007-01-05
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SimHydraulics是液压传动和控制系统的建模和仿真工具,扩展了Simulink的功能。使用这个工具可以建立起含有液压和机械元件的物理网络模型,可用于跨专业领域系统的建模。SimHydraulics 提供了构成液压系统的元器件模块库,库中也包括了用于构造其它元件的基本元素模块。SimHydraulics 适用于汽车,航空,国防和工业装备等领域中的各种应用,例如自动变速器,舵面操纵系统和重载驱动装置的建模分析。

SimHydraulics同SimMechanics,SimDriveline和SimPowerSystems一同使用,能够支持对复杂机液系统和电液系统的建模,以分析他们相互交联的影响。

主要功能:液压和液压机械系统的物理建模环境;超过75个液压和机械元器件模型,包括泵,阀,蓄能器和管路;基本液压构造元素库,还有基本机械和运算单元;可定制的常用液压流体工作介质。

SimHydraulics可在Simulink下建立液压系统回路的网络模型,模型表达基于ISO 1219流体传动系统标准,并且建立的模型可以同机械和控制器模型相结合。

机械液压和液压系统网络建模

使用SimHydraulics可以建立起完整的液压系统模型,过程如同组建一个真实的物理系统。SimHydraulics使用物理网络方式构建模型:每个建模模块对应真实的液压元器件,诸如油泵,液压马达和控制阀;元件模块之间以代表动力传输管路的线条连接。这样,就可以通过直接描述物理构成搭建模型,而不是从基本的数学方程做起。

SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压机械元件,包括油泵,油缸,蓄能器,液压管路和一维机构单元,大部分商品化元器件都可以找到对应模型。

SimHydraulics模型符号符合ISO 1219流体动力系统标准,SimHydraulics可以自动从模型原理图综合出描述系统行为特征的方程组。SimHydraulics得到的是直接使用Simulink 的求解器求解的方程组形式,而不是采用同步仿真方法,这样液压系统模型就完全同其它Simulink模型部分集成在一起。

使用sensor模块在SimHydraulics模型中可以测量任何机械液压特征变量、例如压力、流量、位移、速度和力,然后将这些信号传给标准的 Simulink 模块。Source 模块可以将Simulink信号赋值给任何机械液压变量。使用Sensor 和source模块可以在Simulink 中开发全局控制算法,并将它接入到SimHydraulics模型网络中。

液压系统元器件建模

SimHydraulics提供了弹簧式和充气式蓄能器模型,还有两种管路模型:标准管路(standard pipeline)包括圆截面和非圆截面类型,主要考虑摩擦导致的压力损失和流体压缩性。

分段管路(segmented pipeline)考虑摩擦损失,流体压缩性和流体惯性因素,可计算水锤和其他相关效应。

加入local resistance模块可以描述管路由于拐角,弯曲和截面变化导致的压力损失。

SimHydraulics的作动器和泵模块库可以用来:

建立理想的机械能-液压能变换器和单出杆/双出杆液压油缸;

建立液压马达,定量泵和压力补偿变量泵的模型,描述旋转机械与液压系统之间的能量转换。

SimHydraulics的阀模块库可以用来:

建立换向阀模型,包括双通,三通和四通阀,单向阀和先导式换向阀。

流量控制阀,包括球阀,针阀,蝶阀和压力补偿型流量控制阀。

压力控制阀,包括减压和溢流类型的阀。

阀模块库还提供了作动机构模型以模拟电磁阀,离散/比例式阀和伺服阀。

自定义模型

SimHydraulics基础库提供了基本的流体和机构元素,还有产生和处理物理信号的专用工具。这些模块组合使用可以创建新的元器件模型。

液压构造模块(Hydraulics building blocks)支持基本的液体流动特性建模,定义一个元器件中过硫液体的压力变化同流量变化之间的关系。这些模块描述的基本物理环节中的压力流量关系,包括流体压缩性,惯性,机械摩擦,能量转换和固定/变截面节流。。

机械构造模块(Mechanical building blocks)主要描述一维平移和旋转运动。这些元器件的变量同流体系统变量一同时解算。用于机械元器件的sensor and actuator blocks可将SimMechanics和SimDriveline建立的更加详细的机械模型结合进来。

物理信号工具可以产生并处理物理变量信号,诸如流体压力和流量,以及速度,力和力矩。

SimHydraulics 提供了流体和机构基本构造元素模块,可创建定制元件模型

定义流体属性

SimHydraulics采用十分有效的方法来定义密度,粘度和体积弹性模量--这些关系系统动态特性的流体属性。SimHydraulics提供了 18种常用的液压流体介质,例如Skydrol LD4,HyJet 4A和Fluid MILF83828。流体属性使得对温度和含气量影响的计算可以自动进行。用户也可以通过指定流体的关键特征属性来自行定义流体的属性。

Simulink中跨领域物理建模

SimHydraulics扩展了在Simulink中进行物理建模和仿真的能力。标准的Simulink模块定义了信号流中输入与输出之间的传递函数。对于诸如控制系统这样的应用,这种方式非常自然,实用和有效。

描述液压系统元件之间的相互影响需要更多的改变。例如,使用单向的信号流不足以表达液压系统网络中的流体运动,其中压力会发生传递并且流动方向也会改变。

使用SimHydraulics,用户可以建立通常所见的控制系统单向信号流框图,然后可以将这部分模型同使用传统Simulink 模块建立的物理对象模型和SimHydraulics建立的物理对象模型部分连接起来。详细信息请查阅www.mathworks.com/products/simhydraulics

 
 
 
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