本发明专利技术公开了一种磁悬浮转子系统建模仿真方法、设备及介质，属于工程仿真领域，包括步骤：S1，对磁悬浮转子系统进行分解，得到对应的模型库架构和组件；S2，分析模型库架构下的组件的物理和模型特性；S3，采用与模型和组件模型特性相匹配的建模方式，构建相应的基础模型和组件模型；S4，建立组件模型连接器和边界模型；S5，搭建磁悬浮转子系统模型，并注入系统参数值。本发明专利技术基于同一平台，实现机械、电学、电磁学、控制等多学科多领域的集成建模仿真，克服了不同学科跨平台建模仿真的局限；同时具有操作简单，较强的可重用性和可扩展性的优点，为磁悬浮转子系统的性能研究提供了虚拟平台工具，降低研发成本和周期。降低研发成本和周期。降低研发成本和周期。
【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮转子系统建模仿真方法、设备及介质
[0001]本专利技术涉及工程仿真领域，更为具体的，涉及一种磁悬浮转子系统建模仿真方法、设备及介质。
技术介绍
[0002]磁悬浮转子系统是利用磁浮轴承对转子进行支承的系统，具有无机械接触、无摩擦、无噪声、寿命长、无需润滑等系列的优点，在航空、航天、能源、交通、机械工业等领域有广泛的应用。该系统一般包含磁浮轴承、磁浮转轴、控制系统、功率放大器、传感器及相关附件等，涉及结构动力学、电磁场、控制、电子电路多领域多学科。由于磁悬浮转子的研究设计过程中结构动力学、控制系统、磁场分析等研究都是分别在不同的领域进行，存在机械、控制、电子和磁场设计的分离现象，难以清楚分析磁浮转子系统的综合性能。另一方面，磁浮轴承包含机械系统和电力电子系统，成本相对较高，不可能每一个设计都制造样机进行实验研究。因此，针对磁悬浮转子系统，建立磁悬浮轴承动力学、控制系统、磁场分析等多学科的统一模型，并进行多学科领域仿真和分析，可以使磁悬浮转子产品设计的早期尽可能减少错误，缩短产品开发周期。
[0003]Modelica语言是一种开放、面向对象、基于方程的计算机语言，可以跨越不同领域，方便地实现复杂物理系统机械、电子、电力、液压、热工、控制多领域的建模，广泛地应用于航空、航天、汽车、船舶等行业。将Modelica语言应用于磁悬浮转子系统的建模和仿真，能够方便便捷地实现多领域、多学科物理仿真，分析磁悬浮转子系统的综合性能。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁悬浮转子系统建模仿真方法、设备及介质，可以实现基于同一平台，实现机械、电学、电磁学、控制等多学科多领域的集成建模仿真，克服了不同学科跨平台建模仿真的局限，操作简单，具有较强的可重用性和可扩展性，为磁悬浮转子系统的性能研究提供了虚拟平台工具，降低研发成本和周期。
[0005]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0006]一种磁悬浮转子系统建模仿真方法，包括步骤：
[0007]S1，对磁悬浮转子系统进行分解，得到对应的模型库架构和组件；
[0008]S2，分析模型库架构下的组件的物理和模型特性；
[0009]S3，采用与模型和组件模型特性相匹配的建模方式，构建相应的基础模型和组件模型；
[0010]S4，建立组件模型连接器和边界模型；
[0011]S5，搭建磁悬浮转子系统模型，并注入系统参数值。
[0012]进一步地，在步骤S1中，在对磁悬浮转子系统进行分解时，只根据物理边界和模型基本假设进行系统分解，不考虑组件与组件之间的交互耦合，得到磁悬浮转子系统的典型组件，整个磁悬浮转子系统是对这些组件按照设定规律的组合；根据组件的物理模型，对模
型行为进行自然描述而无需考虑计算顺序，具有非因果特性；同时，不考虑交互耦合后的组件模型具有独立性，不依赖于外界环境，对于不同的系统，边界条件能够自由变化。
[0013]进一步地，所述磁悬浮转子系统包括五自由度磁悬浮转子系统，且对五自由度磁悬浮转子系统进行分解后得到的对应模型库架构和基础组件包括：磁浮转轴、左径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承、右径向磁浮轴承、功率放大器、PID控制器和位移传感器。位移传感器将磁浮转轴位移偏移量采集并通讯传递给PID控制器，PID控制器根据目标基准位置数据将控制输出结果通讯传递给功率放大器，功率放大器再将合适的电流和电压值通讯传递给左径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承和右径向磁浮轴承；所述磁浮转轴的模型由转子动力学方程实现，左径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承、右径向磁浮轴承的模型由电磁力学方程实现。
[0014]进一步地，在步骤S2中，包括子步骤：左径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承、右径向磁浮轴承通过控制电磁线圈的电流值来控制电磁力的大小；其中，左径向磁浮轴承分别通过X、Y方向的电流值来控制X、Y的电磁力，右径向磁浮轴承分别通过X、Y方向的电流值来控制X、Y的电磁力，轴向磁浮轴承通过控制Z方向的电流值来Z方向的电磁力，从而实现轴承和转子的稳定运行与控制；磁浮转轴采用五自由度数学方程描述转轴在X、Y和Z方向上作用力以及转动惯量关系式；位移传感器用于检测转子系统磁浮转轴的偏移量，PID控制器采用PID的控制方式对传感器检测到的位置偏差信号进行适度的运算，，并通过运算结果驱动功率放大器迅速而恰当的电流变化使转子回到基准位置，使得转子有高精度的定位；功率放大器是接收PID控制器的控制信号，向左径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承、右径向磁浮轴承的电磁线圈提供产生电磁力所需的电流。
[0015]进一步地，在步骤S3中，包括子步骤：利用Modelica语言，对组件对象磁浮转轴、左径向磁浮轴承、右径向磁浮轴承、轴向磁浮轴承、功率放大器、PID控制器和位移传感器进行陈述式建模，将组件的物理模型转化为以数学方程表达的具有非因果特性的数学模型。
[0016]进一步地，在步骤S4中，包括子步骤：采用连接器定义组件与外部的通信接口；其中，左径向磁浮轴承与功率放大器采用电学连接器，利用电学连接器来传输通讯组件间的流变量电流和势变量电压；磁浮转轴与左径向磁浮轴承采用一维平动连接器，利用一维平动连接器来传递通讯组件间的流变量力和势变量位移；磁浮转轴与外界转动机械设备采用一维转动连接器，利用一维转动连接器来传递通讯组件间的流变量功率和势变量转速；建立边界模型，为组件模型提供外界参数；其中，机械边界传递转速和功率，电学边界传递电流和电压。
[0017]进一步地，在步骤S5中，包括子步骤：利用开发完成的组件模型和连接器，采用拖拽式的方法，搭建磁悬浮转子系统，并注入组件参数。
[0018]进一步地，在步骤S5之后，包括步骤S6：S6，根据磁悬浮转子系统动态分析的需求，给定边界工况条件，利用步骤S1～S5在给定的工况条件进行仿真分析。
[0019]一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如上任一项所述的方法。
[0020]一种计算机可读存储介质，在可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行如上任一项所述的方法。
[0021]本专利技术的有益效果包括：
[0022]本专利技术基于同一平台，实现机械、电学、电磁学、控制等多学科多领域的集成建模
仿真，克服了不同学科跨平台建模仿真的局限性。其中，组件与组件及外界的通讯方式采用广义基尔霍夫定律，接口变量方程连接可自动生成，方便于机械、电学、电磁学、控制等多学科多领域的统一物理建模。
[0023]本专利技术实现建模仿真过程操作简单，模型具有较强的可重用性和可扩展性，为磁悬浮转子系统的性能研究提供了虚拟平台工具，降低研发成本。采用计算机建模仿真的虚拟方式对转子系统进行描述和性能分析，代替实物试验，相对实物试验研究，极大缩短研发周期。
[0024]本专利技术实施例中，基于Modelica建模机制实现的组件建模和连接机制方法，系统组件独立，无需明确定义输入输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮转子系统建模仿真方法，其特征在于，包括步骤：S1，对磁悬浮转子系统进行分解，得到对应的模型库架构和组件；S2，分析模型库架构下的组件的物理和模型特性；S3，采用与模型和组件模型特性相匹配的建模方式，构建相应的基础模型和组件模型；S4，建立组件模型连接器和边界模型；S5，搭建磁悬浮转子系统模型，并注入系统参数值。2.根据权利要求1所述的磁悬浮转子系统建模仿真方法，其特征在于，在步骤S1中，在对磁悬浮转子系统进行分解时，只根据物理边界和模型基本假设进行系统分解，不考虑组件与组件之间的交互耦合，得到磁悬浮转子系统的典型组件，整个磁悬浮转子系统是对这些组件按照设定规律的组合；根据组件的物理模型，对模型行为进行自然描述而无需考虑计算顺序，具有非因果特性；同时，不考虑交互耦合后的组件模型具有独立性，不依赖于外界环境，对于不同的系统，边界条件能够自由变化。3.根据权利要求1所述的磁悬浮转子系统建模仿真方法，其特征在于，所述磁悬浮转子系统包括五自由度磁悬浮转子系统，且对五自由度磁悬浮转子系统进行分解后得到的对应模型库架构和基础组件包括：磁浮转轴(1)、左径向磁浮轴承(2)、轴向磁浮轴承(3)、右径向磁浮轴承(4)、功率放大器(5)、PID控制器(6)和位移传感器(7)，位移传感器(7)将磁浮转轴(1)位移偏移量采集并通讯传递给PID控制器(6)，PID控制器(6)根据目标基准位置数据将控制输出结果通讯传递给功率放大器(5)，功率放大器(5)再将合适的电流和电压值通讯传递给左径向磁浮轴承(2)、轴向磁浮轴承(3)和右径向磁浮轴承(4)；所述磁浮转轴(1)的模型由转子动力学方程实现，左径向磁浮轴承(2)、轴向磁浮轴承(3)、右径向磁浮轴承(4)的模型由电磁力学方程实现。4.根据权利要求1所述的磁悬浮转子系统建模仿真方法，其特征在于，在步骤S2中，包括子步骤：左径向磁浮轴承(2)、轴向磁浮轴承(3)、右径向磁浮轴承(4)通过控制电磁线圈的电流值来控制电磁力的大小；其中，左径向磁浮轴承(2)分别通过X、Y方向的电流值来控制X、Y的电磁力，右径向磁浮轴承(4)分别通过X、Y方向的电流值来控制X、Y的电磁力，轴向磁浮轴承(3)通过控制Z方向的电流值来Z方向的电磁力，从而实现轴承和转子的稳定运行与控制；磁浮转轴(1)采用五自由度数学方程描述转轴在X、Y和Z方向上作用力以及转动惯量关系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张利，易思强，杨浩，王晓涵，周凡利，
申请(专利权)人：成都工元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。