机电一体化系统的联合仿真技术研究.pdfVIP

机电一体化系统的联合仿真技术研究

摘要：工程中的机械电子系统由机械子系统，电子控制子系统，液压子系统，

气动子系统等多个子系统构成，很难找到一款专业软件能够对实际工程中的机电

系统的全部子系统进行仿真。

关键词:：机电一体化；建模；联合仿真

1、研究背景与意义

本论文是由实际工程应用引起的。其应用涉及仿真、协同仿真和多体动力学

等领域。我们先来看看这些域。模拟:模拟是对真实事物、事件状态或过程的模

拟。模拟事物的行为通常需要表现选定的物理或抽象系统的某些关键特征或行为。

协同仿真:协同仿真是指使用不同建模语言开发的模型运行单个仿真的能力多体

动力学:多体动力学是计算力学的一个令人兴奋的领域，它融合了结构动力学、

多物理力学、计算数学、控制论和计算机科学等多个学科，为复杂机械系统的虚

拟样机提供了方法和工具。

2、关于协同仿真

由于物理世界的复杂性，在某些情况下，用单一软件来模拟真实系统是不可

能的。这样就得到了协同仿真的解决方案。对于一些简单的系统，可以用一个软

件或两个软件进行仿真。因此，在这些简单的情况下比较这两种不同的方法是有

趣的和必要的[1]。在复杂系统中，当联合仿真是唯一解时，就产生了以下问题:

联合仿真是否可靠，协同仿真的优点和缺点是什么，如何使协同仿真成为一种实

用的工程实践，协同仿真的优点和缺点的主题将随着建模过程在下面的章节中详

细阐述。论家和工程师都对这个话题感兴趣。动态分析。在这三种分析模式中，

每一种模式所进行的计算的性质是完全不同的。我们急切地想知道如何进行动态

分析通过数值积分混合微分代数运动方程进行动力学分析。动态分析完成后，后

处理器组织和传输的模拟结果的打印机，绘图仪，或动画工作站。计算流程所确

定的大量逻辑和数值计算的实现需要一个大规模的计算机代码。在深入研究用于

执行每种动力分析模式的数值方法之前，了解在动力分析过程中必须产生的信息

流是很有价值的[2]。动态分析程序的结构示意图如图所示。分析程序定义了控

制模式的分析和分配方程装配任务的交界处的程序，这反过来又调用模块，生成

所需的信息，并将其传输到分析程序。一旦在每个时间步骤生成方程，分析程序

就会分配解决任务来分析子例程，并将结果传递给后处理器。在运动学分析中使

用的相同模块也用于动力学分析，但它们生成动力学分析所需的额外数据。此外，

力元素模块生成运动方程中所需的力数据。而不是有运动学和动力学分析的单独

的程序，两者所需的功能被嵌入在共同的模块，只有所需的功能，以支持正在进

行的分析是行使。运动学分析相同的运动学数据外，惯性、力和初始条件数据也

需要用于动态分析。还必须指定所需的分析模式(平衡、动态或逆动态)和输出数

据。预处理器计算的输出是由动态分析程序读取和实现的动态分析数据集。在进

行动力学分析之前，像运动学分析一样，对系统进行组装和可行性检查。在动态

分析中，质量、约束和力相关的矩阵被组合起来，用于平衡分析、瞬态动力分析

或反演。现在，我们可以在运行模拟。在协同仿真环境中，并比较不同仿真方法

的结果。感兴趣的仿真结果进行调查如下:CPU时间和精度。在比较之前，重要的

是要选择适当的重要参数，以获得稳定的情况。经过多次实验我们选择了以下重

要参数。

3、模型验证

3.1用驾驶经验验证模型

在模型建立后，对模型进行验证是一个迫切而重要的步骤模型是否能正确描

述真实的工程世界，仿真结果是否可信否则，模型只不过是一种计算机游戏。在

验证发动机模型的常用方法是检查仿真结果在物理上是否合理。想象一下我们开

车时的状况[3]。我们踩下油门踏板给汽车加油。汽车是由发动机驱动的，也承

受着来自道路和空气的阻力。我们使用公式来模拟空气阻力和道路阻力。到目前

为止，使用两种方法来验证联合仿真模型的正确性一方面，基于真实的驾驶体验，

我们知道联合仿真模型是正确的。另一方面，基于发动机燃烧原理，也验证了联

合仿真模型的正确性。被广泛接受来验证一个模型。现在我们可以得出结论，联

合仿真发动机模型是正确的。增加模型的复杂性。我们了解到，发动机模型可以

模拟真实的车辆发动机。燃烧过程用描述，发动机动力学用描述。实验室运动。

我们在曲轴上施加一个阻力矩来模拟路面和空气阻力。车辆阻力由公式模拟。因

此，发动机模型的工作原理与物理发动机一致[4]。但在现实世界中，车辆阻力

远比公式所能描述的复杂得多。可以提供车辆模型来描述真实车辆。驾驶员子模

型也可以放在发动机协同仿真模型上。接下来就是车辆控制的问题了。我们应该

把电气控制单元放在模型上。看来我们得到了一个更