基于键合图的复杂机电系统模块化自动建模及仿真研究

摘要

复杂机电系统分析和设计的关键是建立描述其动态性能的数学模型.目前普遍采用的建模方法不仅要求建模人员对研究对象有深刻的理解,而且要能熟练的应用数学、物理、力学、及电子等基础知识,因而是非常困难的.在这种情况下,怎样方便、快速的得到一个复杂系统的数学模型就成为一项有意义的研究内容.本文对模块化建模方法的概念、特点、模块划分原则、关键技术、模块模型的建立和连接方法等方面进行了研究,并将模块化方法与键合图理论和自动符号建模技术相结合,提出了一种适合多能域耦合的复杂大系统的建模方法;提出了模块功能描述和结构描述的标准化方法,并对工程实际中的一些常用模块做了功能和结构的标准化研究,建立了一个开放式的机电系统模块库,并在此基础上建立了一个典型复杂机电系统——高速轧机的全局耦合动力学模型;该模型由各模块的数学模型通过拓扑约束键及因果线耦合集成,在建模过程中采用了自动符号建模技术,模块数学模型的生成和系统动力学模型的集成均由计算机自动完成;系统动力学模型可由模块数学模型分立——联合运行求解,大大降低了模型仿真时间,有效地提高了数字计算的精度;所建立的全局耦合动力学模型仿真结果与实测数据一致;模块可拆卸、拼装以适用于不同类型的轧机.以上研究结果,为复杂机电系统建模提供了一种新的方法.该方法不仅具有重要的实际应用价值,而且具有重要的推广价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1键合图理论简介及其在机械工程中的应用进展

1.1.1键合图理论简介

1.1.2键合图理论在机械工程中的应用进展

1.2基于键合图的模型自动生成的基本原理及研究现状

1.3模块化理论及应用进展

1.3.1模块化理论简介

1.3.2模块化理论应用进展

1.4本课题的来源、研究重点及研究意义

第二章模块化建模方法研究

2.1模块划分的理论研究

2.1.1系统的分解

2.1.2模块划分的基本原则与关键技术

2.2模块模型的标准化研究与模块库的建立

2.2.1模块的功能描述与结构描述

2.2.2模块模型的建立方法

2.2.3模块模型的标准化研究

2.2.4常用功能部件模块库的建立

2.3模块化建模与系统直接建模方法的比较

2.3.1模块化建模过程

2.3.2系统直接建模过程

2.3.3模块化建模方法的特点

2.4本章小结

第三章自动符号建模技术的理论研究与实现

3.1自动建模仿真平台的功能介绍

3.2编程语言的选择

3.2.1MATLAB接口方式简介

3.2.2对MATLAB引擎及其接口调用方法的研究

3.3键图模型的计算机描述与自动检查

3.3.1图形信息的存储

3.3.2键图模型的自动检查

3.4系统状态方程自动生成的理论研究

3.4.1系统初始方程的生成

3.4.2系统状态方程的自动生成

3.5本章小结

第四章模块化自动建模在轧机系统全局仿真中的应用

引言

4.1轧机系统功能模块的建立

4.1.1模块建立的过程

4.1.2轧机系统功能模块的结构描述和功能描述

4.1.3轧机系统模块库的建立

4.2轧机系统全局动力学模型的自动生成

4.2.1模块创建与模块数学模型的生成

4.2.2系统的集成与模块间耦合参数的确定

4.3轧机全局仿真及结果分析

4.3.1部分轧机系统全局耦合仿真结果与实测对比

4.3.2轧机系统全局耦合仿真实验

4.4本章小结

第五章全文总结

参考文献

致谢

附录：攻读研究生期间从事科研以及发表论文情况