基于modelica动态组件下的液压传动系统设计.doc

1、基于Modelica动态组件下的液压传动系统设计摘要：统一建模语言Modelica具有与领域无关的通用模型描述能力，所以基于Modelica的建模方法能够实现复杂系统的不同领域子系统模型件的无缝集成。本设计结合液压传动的基本原理和Modelica语言，运用建模软件OpenModelica，通过拖拉基本组件的方式完成对泵水系统的物理建模，同时进行仿真，实现对泵水系统内部参数的分析与控制，提供了从可视化建模、仿真到结果参数分析的完整功能。关键字：OpenModelica，液压传动，控制系统，模拟仿真 The Hydramlic Transmission System Based On The Dy

2、namic Component Of ModelicaAbstract：The unified modeling language Modelica has the described fuction of universal model that dosent releat to the fileds . So the modeling method based on Modelica can get the seamless integration of different fileds subsystem of complex systems. This project complete

3、s the modeling of pumping system combined fundamental of dydraulic transmission system to the Modelica language by the modeling software OpenModelica.In order to analyze and control the parameter of pumping system I simulate the model. It provides from the visualization modeling, simulation results

4、of parametric analysis to full functionality. Keyword: OpenModelica, Hydramlic transmission system, The control system,Simulation目 录1 前言11.1 Modelica语言的背景与历史11.2 国内Modelica语言研究状况21.3 Modelica应用情况31.4 液压传动系统的发展状况31.5控制系统的发展状况41.6液压传动与控制系统研究的目的与意义52 Modelica语言及机电传动控制电路原理简介72.1Modelica语言模型要素72.1.1类与组件7

5、2.1.2方程与算法72.1.3变型机制82.1.4连接机制92.2 Modelica语言主要特点102.3电动机的启动电路122.3.1直接启动控制电路原理122.3.2电动机的正反转控制电路原理132.3.3液压传动的基本原理153 Modelica建模功能简介173.1 Modelica建模窗口介绍173.1.1主窗口173.1.2模型编辑窗口183.1.3组件浏览器183.1.4模型列表183.1.5组件浏览器193.1.6输出栏203.1.7错误列表203.1.8查找结果203.1.9命令窗口213.2基本建模步骤213.2.1 启动建模环境223.2.2加载模型库233.2.3创建

6、模型库253.2.4创建模型253.2.5编译求解模型274 运用OpenModelica对液压传动控制系统的模拟仿真294.1 电动机的启动控制电路的仿真314.1.1 在OpenModelica模型库中查找所需组件314.1.2简单液压泵模型的制作314.1.3 仿真求解模型分析变量曲线以及仿真动画334.2电动机控制液压泵的往复运动354.2.1在OpenModelica模型库中查找组件并连接电路图354.2.2仿真求解并进行变量曲线分析37结 论39参考文献40致 谢41I1 前言1.1 Modelica语言的背景与历史Modelica建模语言由瑞典Linkping的非赢利组织Mode

7、lica协会开发，是一种适用于大规模复杂异构物理系统，建模的面向对象语言，可以免费使用。统一建模语言具有领域无关的通用模型描述能力，由于采用统一的模型描述的形式，因此基于统一建模语言的方法能够实现复杂系统的不同领域子系统模型间的无缝集成。有关系统统一建模语言的研究最早源于Elmqvist博士论文，随后许多学者对此展开研究，结合面线对象设计思想，引入“类”的概念对物理系统“方程”进行封转与扩展，从而奠定了该领域面向对象统一建模思想的理论基础。随着面向对象建模语言的研究的不断深入，多种建模语言并从导致模型定义与转换的混乱。为此，欧洲仿真协会EUROSIM于1996年组织了瑞典等6个国家建模与仿真领

8、域的14位专家，针对多领域武力统一建模技术展开研究，提出通过国际开放合作，研究设计下一代多领域统一建模语言Modelica，2000年成立非盈利的国际仿真组织Modelica协会。又该协会每隔一年办组织一次Modelica学术会议，交流和探讨Modelica语言相关理论、系统开发及应用等方面的研究进展，基于Modelica的领域知识模型库建设与维护。每两个月定期召开一次设计会议，讨论Modelica的扩展与完善。从1997年9月Modelica语言1.0版本开始，商业应用;2002年3月推出了新的2.0版，增加了组件数组、枚举类型、状态选择控制、改进的初始化、增强的函数、记录类型、迭代器、外部

9、功能函数、外部对象、图形显示标记等数据类型或功能fgl。为不断推进Modelica语言及其应用软件的发展，Modelica协会定期每年召开学术会议，探讨过去一年中Modeica语言在工业上的应用、Modelica相关软件开发，并提供免费开放的领域库。最近一次是2005年3月7-8号在德国汉堡一哈尔堡的汉堡工业大学召开的第四次Modelica国际学术会议f。此外，Modelica协会还每两个月定期召开一次设计会议(Design Meeting)，讨论多领域统一建模语言Modelica的改进，交流最新进展。所有这些措施，使得Modelica语言的发展非常迅速，目前最新版本已到3.1版。经过广泛的国

10、际合作，基于Modelica语言的模型库积累迅猛增长，并以公开发布13个免费共享模型库和6个付费的专业领域模型库，其模型库已覆盖汽车动力学、系统动力学。燃料电池、热动力、模糊控制等许多工程领域等。任何研究人员都可以在Modelica协会的网站（www.modelica.org）下载这些共享资源，利用这些资源用户可以迅速地构建自己的仿真应用。 Modelica目前已经开始应用于电动汽车系统、机一电一液一控耦合合系统、化学反应过程系统、热动力学系统、汽车动力系硬件在环控制、电力电子系统、离散事件系统等系统或过程的建模与仿真。1.2 国内Modelica语言研究状况国内高校和研究所对基十Modeli

11、ca统一建模语言的多领域统一建模的研究还主要处在利用Modelica建模仿真工具Dymola软件进行建模及性能仿真。上海交通大学机械与动力工程学院利用Modelica/Dymola做了很多的研究工作，借助十Modelica编制燃气涡轮、双轴燃气轮机的仿真模型，建立了可扩展的燃气涡轮程序库，并利用该程序库与其它模型库结合，搭建单轴燃气涡轮发动机模型，得到合理的仿真结果;在开关磁阻电机、同步电机和热机的分析应用方面，也做了大量的研究工作。华北工学院采用Modelica建立了发动机部件模型库，通过连接模型库中的部件，建立了单缸发动机模型、四缸汽油机模型，并进行了发动机性能仿真fsl。河海大学常州校区

12、机电学院在柔性结构快速定位过程中容易产生长时间的瞬态振动fu影响定位速度和精确度的研究课题上应用Modelica对柔性结构振动控制进行仿真，取得了很好的效果北京化工大学与北京石油化工学院开发了针对基十Modelica语言规范1.4开发了语言的解释器，能处理稳态过程，集成了稳定的数值求解系统和微分代数方程预处理器，形成一个Modelica开发环境的原型f431。在统一建模语言建模仿真语言平台的开发上做了很多有意义的研究与探索。同时，华中科技大学CAD中心与苏州同元软控信息技术有限公司从2000年开始研究基于Modelica的多领域建模与仿真技术，经过长期的潜心研发，开发了拥有完全自主知识产权的基

13、于Modelica复杂工程系统建模、仿真与优化一体化的计算平台Mworks，在国内和亚太地区处于领先地位。1.3 Modelica应用情况基于Modelica的多领域统一建模方法为复杂机电产品设计、分析与优化奠定了基础，目前在欧洲、美国、加拿大、中国、日本等国家和地区研究发展迅猛，市场上已有成熟的软件工具，其典型的代表国内的Mworks和国外的Dymola。基于Modelica语言的建模仿真技术已在汽车、动力、电力、污水处理等国内外行业的仿真中得到了广泛应用，福特、丰田、宝马、德国航空航天中心等均已开始采用Modelica语言进行多领域系统的工程化仿真应用。由欧洲仿真协会EUROSIM牵头，D

14、assault负责组织，联合奔驰、宝马、西门子。ABB等国际知名公司，全面启动了欧洲最大的资源库计划，共同构建基于Modelica的欧洲模型库EUROSYSLIB。国内也开始在航天、航空、汽车、能源等行业广泛应用基于Modelica多领域建模和仿真技术，在中国大飞机项目、汽车整车建模与分析等应用中取得了良好的效果。1.4 液压传动系统的发展状况液压传动是根据17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795 年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905 年

15、将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920 年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动，1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与电子技术的结合日臻完善，电液控制系统具有高响应、高精度、高功率-质量比和大功率的特点，从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域。1.5控制系统的发展状况随着生产的不断发展,现代机电传动要求实现局部或全部的自动控制.随着电机及各