CN103913993A

CN103913993A - 机电液控联合仿真方法

Info

Publication number: CN103913993A
Application number: CN201410085579.6A
Authority: CN
Inventors: 曾照香
Original assignee: Zibo Vocational Institute
Current assignee: Zibo Vocational Institute
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明涉及一种机电液控联合仿真方法。其在UGNX下设计机电产品的机械部分，在Matlab/Simulink下设计电气部分，在AMESim下仿真液压系统，由Simulink把控制信息分别传递给UGNX和AMESim，然后三者进行联合仿真，分析机电产品的动态特性。本发明使用联合仿真,可以将机械部分、液压部分的物理特性和动力学特性更加全面地反映到控制系统中,使机电液系统仿真的可信度更高。

Description

机电液控联合仿真方法

技术领域

本发明涉及一种机电液控联合仿真方法。

背景技术

随着市场需求的提升和科学技术的突飞猛进，机电产品设计开发的要求也越来越高。传统的开发往往采用实物验证方法，研究周期长、费用高、效率低，已经不能够满足现代设计的快速性和多样性要求，无法应对复杂多变的市场需求，因此根据系统动态性能指标要求来设计产品，从系统的角度优化设计各部分，才能设计出性能优良的产品，满足日益激烈的市场竞争和愈加苛刻的技术要求，所以构建机电一体化联合仿真平台，对产品开发有着战略性意义。传统的机电一体化仿真，往往采用刚性电机或者理想电机，随着机电产品向高速、高精度方面的发展，故有必要搭建机电系统的动态仿真平台，在机电系统设计初期就考虑系统的动态特性。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种可以进行联合仿真的机电液控联合仿真方法。

本发明所提供的机电液控联合仿真方法，在UGNX下设计机电产品的机械部分，在Matlab/Simulink下设计电气部分，在AMESim下仿真液压系统，由Simulink把控制信息分别传递给UGNX和AMESim，然后三者进行联合仿真，分析机电产品的动态特性。

Simulink中三相异步交流电机把转速信息、伺服阀控制信息传递给AMESim，把转速信息传递给UGNX，AMESim把液压推杆位移信息传递给UGNX。

本发明所具有的有益效果是，使用联合仿真,可以将机械部分、液压部分的物理特性和动力学特性更加全面地反映到控制系统中,使机电液系统仿真的可信度更高。

附图说明

图1是本发明仿真模型；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，Simulink中三相异步交流电机把转速信息、伺服阀控制信息传递给AMESim，把转速信息传递给UGNX，AMESim把液压推杆位移信息传递给UGNX。

UGNX下的设计具体步骤是UGNX采用8.0版本，

1）启动UGNX，在“文件→实用工具→用户默认设置→运动分析→分析→ReccurDyn”中,“控制/动力学→MATLAB可执行文件”，通过浏览找到matlab.exe,确定后重新启动UGNX，使环境变量起作用；

2）在UG的建模环境下建立一圆柱，直径50mm高度100mm，基点为绝对坐标（0,0,0），轴向为Z方向，材料默认；通过“分析→测量体”测量圆柱的惯性矩Izc为480.48205267Kg.mm^2；也可手动计算转动惯量，对于圆柱形转动惯量，计算公式为其中M为圆柱体质量，可直接在软件中测量，其值为1.537542569Kg，D为圆柱体直径50mm，计算可得转动惯量为0.000480482Kg.m2，与测量值一样；

3）进入Motion模块，选择“动力学”分析类型，高级解算方案选择“协同仿真”；

4）设置连杆，质量属性选择“自动”，系统会自动计算连杆的质心及转动惯量，其中Izz为480.482052673953Kg.mm^2，该值与步骤2）测量及计算的Izc值相同；

5）设置运动副J001，选择旋转副，连杆为上述连杆，原点为连杆的圆心，也就是（0,0,0）点，矢量方向为Z方向；

6）添加两个Plant输入：Pin_fuzai与Pin_T，前者是负载转矩，后者是电机的输出转矩，也就是机械系统的输入转矩；

7）添加两个标量扭矩T_fuzai、T_input，扭矩的副值采用“f(x)函数”的方法，把Pin_fuzai与Pin_T分别添加到扭矩中；然后T_fuzai、T_input分别作用在步骤5）中所定义的旋转副；在定义函数的时候，从插入中选择“运动→工厂输入”，找到所选择的Plant输入，单位选择“sec”与“N-m”；

8）新建传感器Se001，传感器的作用是检测旋转副J001绕Z方向的加速度；

9）新建Plant输出Pou_J001_AMAG，通过Pou_J001_AMAG把传感器Se001所对应的加速度传递给Simulink中；

10）新建结算方案，分析类型为“控制/动力学”，时间0.5秒，分析步数为1000，然后求解，协同仿真主机程序为“Simulink”；

11）通过以上步骤，在仿真当前目录下生成两个文件：*_Plant.m与*_PlantIO.m；

在Matlab/Simulink中，电机及其控制系统建模步骤如下，Matlab版本为2012A；

1）在Matlab中把工作目录设置为UGNX仿真文件所在目录，也就是*_Plant.m与*_PlantIO.m文件所在目录，运行*_Plant.m文件，得到NXMotionPlant Block；其中Pin_T是Simulink传递到UGNX中机械结构的输入转矩，Pin_FuZai是负载转矩，Pou_J001_AMAG是UGNX反馈给Simulink的角加速度；

2）建立电机控制模型，电源采用三相交流电源，频率50HZ，电机采用Simulink中SimPowerSystems/Machines中的三相异步交流电机；电机参数为：额定功率3*746W、线电压220V、频率50HZ、定子电阻0.435Ω、定子电感2*2.0e-3H、转子电阻0.816Ω、转子电感2.0e-3H、互感69.31e-3H、转子转动惯量0.089Kg.m^2、摩擦系数0、极对数2、初始状态[1,00,0,00,0,0]；

3）输出电机转速与电机转矩，电机输出的转速Mecnanical.Rotor Speed(wm)，然后转化为常用的转/分量纲；输出转矩Mechanical.Electromagnetic torqueTe(N*m)，分别连接示波器；

4）根据动力平衡原理，对于机构输入轴有其中负载转矩T'预设值为20N.m，转动惯量直接从UGNX软件中测量，因为是绕Z轴，所以只需要测量Jz，其值为480.482052673953Kg.mm^2，而Simulink中电机转子也有转动惯量，因此电机实际输入的转动惯量为两者之和，所以UGNX中机构的转动惯量，必须加上电机转子的转动惯量，这一点非常重要，因此自定义Izz为两者之和，也就是480.482052673953+89000Kg.mm^2；

5）把电机输出转矩连接到NXMotion Plant Block中Pin_T输入，把预设值为20的负载转矩连接到Pin_fuzai，Pou_J001_AMAG为机械结构角加速度，与转动惯量求积后与负载转矩相加，一起作为电机的输入转矩，形成闭环；

6）把NXMotion Plant Block中Dynamic Model的NXMotion_step修改为1000，使UG的仿真精度与Simulink相同；

7）设置仿真时间为0.5秒，运行仿真。

同时Matlab/Simulink把控制信息分别传递给AMESim，进而完成三方同时仿真。

Claims

1.一种机电液控联合仿真方法，其特征是，在UGNX下设计机电产品的机械部分，在Matlab/Simulink下设计电气部分，在AMESim下仿真液压系统，由Simulink把控制信息分别传递给UGNX和AMESim，然后三者进行联合仿真，分析机电产品的动态特性。

2.根据权利要求1所述的机电液控联合仿真方法，其特征是，Simulink中三相异步交流电机把转速信息、伺服阀控制信息传递给AMESim，把转速信息传递给UGNX，AMESim把液压推杆位移信息传递给UGNX。