基于键合图的复杂机电系统模块化自动建模及仿真研究

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1、皇堕查兰堡主茎垡笙塞一一一——————翌=墨—!!堡镩动态系豌所涉及的基本物理过程，只用四种形式的广义变量二～势e(t)、流f(t>、交位q(t)萃譬动量p(t)来袭示。阂对采丽了表征纂本裙毽往能和搽述功率受换和守攫麴基本连接方式的十～穗振臻元咎(疆蛀元馋R，蠼性元《牛￡，容性元件c，势变量Se，流变量Sf，变换器TF，回转器GY，调制变换器MTF，调制髓转器MGY，0节点，l节点)。然后，根据系统中功率流的方向，按照舰定步骤鹱哥班裁定基系绞熬键合錾模型。薯曼逶过畜援剿兹延毽键舍嚣模型裁#§褥基标准的状态方程。潮形和数学描述的统一格式

2、使这种方法具有十分有效的功能。配以适当的计算机程序，只要制定～个完龛增广定向的键含图模型作为输入，就可疆得虱纛绘定激精下豹系统动态嚷应懿傍英结暴。对手含有不丽形式簸羹流静复杂系统，从建立各种元{牛、器件及其连续方式的熬本物瑷模型，剥得出数值计算和仿真的结果，键合图方法都提供了最为统一而且易懂的途径。福较予传统鹩解振动微分方程的方潦，建舍鬻可良方便、灵活遣进行狭态方穰、传递函数、方块固之闺的转换；能巍复域、频域、时域中进程动态特性豹数串仿真。而微分方程方法进行转换比较复杂，尤其是多囱由度系统，要逃行复杂的降阶处理后才能迸行计算机数字仿真

3、；在分析系统射袋对阻尼矩阵做～些假设，避移大量复杂懿诗冀，瑟量攒痉不蒜，蒡萎爱羧子鬻一缝鬓范畴。键含图是描述动态系统的一种通用图形，由予这种图形包含了系统动态行为的全部倍怠，并缀过一些标准的步骤可以求出系统的状态空间方程，因此，是动态系统，特羯是冀骞不嚣秘类裁爨藕合系统建接熬毒力王莛。箕程祝毫镶域弱应用已发表犬薰文献，这些文献涉及杼机构、凸轮机构、转子、机床、机嚣人、液聪与气动系统、汽车、工程机械等f4】(5】【6I【71。随着键图毽论静成熟鸯完善，英分帮芋辩蒙氇瓣趋复杂他。对予～个复杂菲线性的极电缀台系统嚣言，出于系统复杂，务局部熬

4、异龚鬻丈，蹇接采用镳含罄理论建立系统的全局动力学模型十分困难，麒将得到～个病态严重的高维数的状态2中南大学硕士学位论寓第一章绪论亟间方獠，对此方程的数字求解存在计冀时间长、求穗糟度差等问题。鼢此，国两舞静一些学者钟对这个淹蘧提蠢了一楚簿凌办法。在这些研究中包括引进予系统的概念来建立复杂系统的数学模型，过程如下：首先按相对独立的原则将系统拆分为几个子系统；每个子系统单独建模：最稿根据予系统阕静联接关系褥到整个系统的动力学模型f8】鞠。这穗方法後建模过程层次{芑，城小了建摸工终妻勺难发，但是没能解决数学模型病悫对数字求肄毂影响。中南大学王

5、艾伦教授在论文中提国了适用于大系统的功率拓扑键合图法(power￡o§obond秽印h)。在将系统划分蔻数令子系绕势分别建立各予系绫戆数学模型后，将予系统与其相邻子系统间的联系看成该子系统的输入／输蹬，相邻予系统间的参数耦合通过输入／输出关系得到确定。在对系统进行仿真时，首次提塞’r分立——联合运行隶薅浚：各予系统分步长求赫，各子系绞褥耩合参数棚互调用，成功的降低了模型的瘸态程发和仿真时间，有效的提蒜了解的计算精度[10l。1．1．2镳合圈理论在机械工程中的应耀进展，键舍凿方法穗在多令王程矮域(梳械、电子、热能、燕锈、流体、经济⋯⋯)

6、季孽到了广泛约应燃，机擞芏程是其中最爨簧鹃应用领域之一。一、基于键合图的概念设计机械设计是机械工獠的重要分支，一般来说设计进程包括阐明任务、概念{囊计(方案设计)、技术设计、详绷设计(施工设计)四个阶段。其中概念设计是至关重要戆一个蓼节。将功攀键合凰用于机械设计中的概：拳设计开始于80年代后期111】{12】[13】，进入90年代有了～定的发展。这些研究可分为两类，即简单系统的概念设计与一3±堕查堂堡主兰堡兰苎——————兰三童L。!!鱼般系统的概念设计。前者针对某些简单系统所希望的性能指标，应用功率键合图方法确定在物理上能实现的解及

7、解的变形，即问题的多个设计方案。后一种方法根据设计要求首先建立待设计系统的功能模型，然后由该模型产生原理解及解的变形，再由每个解建立描述其性能的功率键合图及数学模型并进行评价：或由功能模型建立功率键合图，由功率键合图产生多个解的变形，即多个设计方案，最后经过评价选定解或设计方案。第一类研究以Redfield(TexasA&MUnjvers畸，usA)等的研究为代表。他们所研究的待设计系统为单输入／输出系统，性能指标由频率特性给定。研究中采用系统综合的方法，即对于给定的输入／输出信号及频率特性，通过功率键合图及解析的方法确定一种满足要求

8、的解即设计方案。为了产生多个设计方案，Redfield提出了改变系统的频率特性、改变系统输出、改变系统中元件之间的连结方式三种方法【141。Re曲eld等人完成了机械式测倾表mhmeter)及速度传感器的概念设计【14】