基于Modelica的起落架系统多领域建模研究

摘要

随着新技术的不断综合与新产品的日趋复杂,多领域建模仿真已成为复杂系统的创新设计与性能分析的重要手段。基于物理统一建模语言Modelica的多领域建模与仿真技术已成为支撑复杂工程系统设计的新一代CAE技术。该技术的理论研究已日趋完备,并出现了若干成熟的商业软件,其在工业界的应用领域已相当广泛,目前仍在持续地蓬勃发展。在国内，Modelica业已开始应用于车辆、能源等行业。
　　本文在国家863计划重点项目的资助下,针对与中国商飞上海飞机设计研究院合作项目中的液压起落架系统,围绕其机械、液压多领域耦合建模,对于Modelica多领域统一建模方法和关键技术进行了深入研究。具体包括以下内容:
　　首先,简单分析了Modelica的建模特性及原理:面向对象特性、陈述式表达、连续离散混合的元件特性描述以及模型接口和能量流原理,为本文所研究的通用建模方法与关键技术奠定基础。
　　其次,针对Modelica元件建模,提出将所有一维液压问题总结为三类液压元素的组合的方法,极大地方便了液压组件模型的设计开发;从非线性微分方程求解的角度,说明常见紊流方程的奇异问题,并给出将奇点附近方程线性化的方法解决类似问题;在三维机械元件建模方面,简要介绍了超定连接机制和虚拟连接图机制,提出了以虚拟连接图辅助三维机械模型元件模型设计开发的技术;对模型的分支事件和抑制做了详细的分类与比较,得出适用于工程实际的分支设计与事件抑制方法,同时给出了该方法的适用范围。
　　再次,针对Modelica系统建模关键技术,归纳总结了搭建与调试系统的两种方法:核心扩展模式和逐级精细模式;提出了用装配环模型辅助三维机械模型系统建模的技术;说明了系统状态变量的选取及对求解的影响原理,总结了机械、液压领域状态变量选取的一般规律;分析了Modelica系统初值原理,提出用迭代方式确定复杂系统初值的大小的方法;给出了基于Modelica的液压机械系统耦合建模方法的基本流程示意图。
　　最后建立了起落架机械、液压领域耦合模型,利用液压元件的特性实验对模型的参数进行辨识,并以实验和仿真结果的对比,验证了基于Modelica所建的液压起落架模型的准确性和可靠性。

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1 绪 论

1.1 课题概述

1.2 国内外研究概况

1.3 论文研究内容

2 Modelica多领域统一建模关键技术

2.1 Modelica建模原理

2.2 Modelica元件建模关键技术

2.3 Modelica系统建模关键技术

2.4 本章小结

3 起落架系统多领域统一建模

3.1 接口定义

3.2 元件建模

3.3 系统建模

3.4 本章小结

4 参数辨识与模型验证

4.1 特性实验与参数辨识

4.2 模型工况与结果对比

4.3 本章小结

5 起落架系统多领域模型应用案例

5.1起落架特性研究

5.2 半实物实时仿真

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文