一种基于Modelica语言的混凝土泵车臂架仿真系统的设计方法，通过臂架总体→臂架各功能子系统→臂架部件的顺序对真实物理模型进行拆解，再按照部件模块库→子系统模块库→系统模块库的顺序构建各模型库，各模块基于参数化建模，构建参数化接口，通过接口之间参数，传递物理、数学方程，然后对模型进行封装，并提供用户参数设置窗口，同一模型库有共用的接口，不同模型库之间通过包含不同模型库共有接口的元件实现连接，这样保证了不同领域之间的模型的参数传递，使得能够搭建复杂的泵车臂架模型。本发明专利技术具有模块化、层次化、规范化和参数化的特点，仿真模型间可互操作和重用，同时开放式的建模思路，保证了使用过程可以添加不同元部件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种计算机仿真领域，特别是涉及液压、机械、控制、电子等多领域的混凝土泵车臂架仿真系统的设计方法。
技术介绍
在混凝土泵车臂架涉及领域，计算机仿真可以发挥投资少见效快的特点，以较少的投资快速地获得几种不同的设计方案。它的设计往往是非线性的和互相依赖的。这就要求在建模仿真过程中对泵车臂架系统全面考虑，尽可能地建立完整、完善的模型。沈阳大学的张国忠教授在《混凝土泵车臂架布料机构及其运动学仿真方法的研究》一文中介绍了其开发的混凝土泵车总体设计CPCWD软件系统，该系统是基于windows平台，利用visual kisic和Microsoft Access 97开发的模块化结构，提供了有限元、稳定性、仿真系统等模块。作者提供了模块化的建模思想，构建了不同模块，可以对泵车臂架进行不同方面的仿真，但是开发这类复杂系统对开发人员要求非常高，开发人员不仅要有扎实的编程能力，还要对物理抽象出来的数学模型设计求解算法，算法对模型仿真效率至关重要。也就不利于用户很好的掌握和使用。Multi-Domain Simulation- Mechanics and Hydraulics of an Excavator 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，为构建混凝土泵车臂架系统提供了值得借鉴的地方。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。由于Modelica语言的在多领域系统建模的优势非常明显，他能很好的融合泵车臂架系统中的液压、机械、控制，同时模块化建模，同时Modelica语言具有强大的数学求解能力，对非线性方程组不需开发人员进行任何变换，大大提高了建模效率。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的不足，提供一种，具有模块化、层次化、规范化和参数化，仿真模型互操作性和重用性强。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下一种，首先，对真实混凝土泵车臂架物理系统按照混凝土泵车臂架总体一臂架各功能子系统一臂架部件的顺序拆解为部件模块；其次，按照部件模块库一功能子系统模块库一系统模块库的顺序，使用 Modelica语言编制的程序或封装接口，对泵车臂架各部件、各功能子系统、系统进行建模;为了有利于重复使用模型，所述各模块采用参数化建模，构建参数化接口，通过接口之间参数，传递物理、数学方程；为保证模型库内部的兼容，同一模型库采用共用的接口，不同模型库之间通过包含有不同模型库共有接口的元件进行连接；为了以图标方式来替代泵车臂架部件的实际物理模型，以使在操作平台窗口中可以对这些图标进行拖拽、移动、连接、以及参数设置和添加，对所述构建的模型进行封装；最后，通过软件对所构建的模型进行仿真控制，并将仿真结果进行演示。所述泵车臂架总体按照功能拆解为以下子系统机械臂架、液压、控制、传感器以及支反力。所述机械臂架子系统按照结构可拆解为以下部件转台、首节臂架、中间臂架、末端臂架。所述液压子系统按照功能可拆解为以下部件液压泵、马达、换向阀、节流阀、伺服阀。所述控制子系统按照功能可拆解为以下部件控制信号元件和逻辑元件。所述传感器子系统按照功能可拆解为距离传感器和位置传感器。在所述部件建模中，可利用Modelica语言提供的基本元件库的接口来构建具有相同物理学背景的同一类部件的接口，接口分为输入接口和输出接口，接口保证部件之间的参数传递，前一部件的输出接口和后一部件的输入接口连接；不同类部件之间的传递需具有相同的接口。所述系统模型根据其折叠方式的不同可构建为R型臂架系统模型和Z型臂架系统模型。所述仿真控制包括算法设置、控制时间设置、参数设置；所述仿真结果包括3D动画演示和曲线演示。所述仿真系统可以在MWork或dymola操作平台上使用。本专利技术所提供的设计方法，根据真实臂架系统进行系统级拆解，构建一系列物理系统模型，包含臂架系统、液压系统、控制系统、传感器系统等。臂架系统包括了泵车转台系统、首节臂架、中间臂架和末节臂架；液压系统涵盖了工程机械使用的一系列通用液压阀， 控制系统设计一套完善的比例微分控制系统，传感器系统包含测量转角、距离等一系列部件。同时该专利技术可以和Modelica语言提供的多体机械库、旋转机械库以及信号库等无缝连接使用。不仅可以在苏州同元开发软控公司的MWorks平台上使用，还可以在支持Modelica 语言规范的瑞典的dymola平台使用，本专利技术的软件库可以对不同型号泵车臂架系统进行动力学仿真，用户可以通过该仿真系统可以获知臂架举升过程中的运动，振动、冲击、以及液压负载等一系列动态特性，为泵车设计者提供参考数据和技术支持。同时本专利技术采用开放式建模方式，用户在使用过程中可以根据自身的需求对该软件库进行扩充。本专利技术突破以往构建混凝土泵车臂架模型的局限，在以往泵车臂架模型构建上， 要么通过面向过程构建泵车臂架系统，模型重用性差，工作量大。要么是模型只涉及单一领域如只含机构，很难正确表达泵车的复杂油路和机构运动相互影响的非线性关系。使得仿真结果偏离实际数据。而依据Modelica语言面向对象以及适合复杂系统多领域建模的特点构建的混凝土泵车臂架模型库，把臂架系统级模型与部件模型，乃至元件级模型集成为一个整体研究，可以对臂架内部更加复杂的过程进行仿真分析。克服上述两个缺点，实现了计算机仿真对设计的数据支持。 附图说明图1是本专利技术结构框图2是本专利技术系统构建流程图； 图3是本专利技术部件库的建模流程图； 图4是本专利技术系统模型库结构框图； 图5是本专利技术系统的仿真流程图。具体实施例方式图1是本专利技术系统结构框图，首先是真实泵车臂架物理系统，在拆解后构建的各部分模型库，主要是机械臂杆、控制、液压、传感器模型库，通过这些模型库搭建的两个系统级模型库，这两个模型库不同之处在于泵车臂架折叠方式的不同，分别是R型折叠方式和Z 型折叠方式。R型折叠方式复杂，占用空间小，Z型折叠方式简单，但占用空间大，前者多用于多臂架系统，后者多用臂架较少系统。系统级模型搭建完成后是仿真控制，仿真控制主要是包括算法设置、控制时间设置，参数设置等。最后是仿真结果，仿真结果部分通过3D动画演示以及曲线演示。在系统拆解过程中可根据泵车的以下臂架的以下特点进行拆解1)泵车臂架布料杆。通常泵车臂架为三节臂、四节臂、五节臂、六节臂，从第一节臂至末节臂，臂杆的横截面积一次减少，泵车的第一节臂连接可以在水平面内回转的转台，转台最终固定在汽车地盘上，而其他臂架之间的连接如第二节臂架和第三节臂架的连接，通常为增大举升力矩以及利于臂架的折叠，采用四连杆机构与液压缸连接，所以在拆解过程中首先可将泵车臂架拆解为第一节臂与其他节臂。2)液压部分，液压系统提供了泵车臂架运动的动力，在工程机械中液压系统是最重要的一环，液压系统决定着泵车臂架的最大举升高度，混凝土的输送功率等。液压系统中根据实际物理系统进行拆分，分成液压泵、液压马达、液压本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言的混凝土泵车臂架仿真系统的设计方法，其特征在于，首先，对真实混凝土泵车臂架物理系统按照混凝土泵车臂架总体→臂架各功能子系统→臂架部件的顺序拆解为部件模块；其次，按照部件模块库→功能子系统模块库→系统模块库的顺序，使用Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言编制的程序或封装接口，对泵车臂架各部件、各功能子系统、系统进行建模；为了有利于重复使用模型，所述各模块采用参数化建模，构建参数化接口，通过接口之间参数，传递物理、数学方程；为保证模型库内部的兼容，同一模型库采用共用的接口，不同模型库之间通过包含有不同模型库共有接口的元件进行连接；为了以图标方式来替代泵车臂架部件的实际物理模型，以使在操作平台窗口中可以对这些图标进行拖拽、移动、连接、以及参数设置和添加，对所述构建的模型进行封装；最后，通过软件对所构建的模型进行仿真控制，并将仿真结果进行演示。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，金先龙，曹源，王栋，张伟伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31
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