機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法。其在UGNX下設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械部分，在Matlab/Simulink下設(shè)計(jì)電氣部分，在AMESim下仿真液壓系統(tǒng)，由Simulink把控制信息分別傳遞給UGNX和AMESim，然后三者進(jìn)行聯(lián)合仿真，分析機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。本發(fā)明使用聯(lián)合仿真,可以將機(jī)械部分、液壓部分的物理特性和動(dòng)力學(xué)特性更加全面地反映到控制系統(tǒng)中,使機(jī)電液系統(tǒng)仿真的可信度更高。
【專利說明】機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著市場(chǎng)需求的提升和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的要求也越來越高。傳統(tǒng)的開發(fā)往往采用實(shí)物驗(yàn)證方法，研究周期長、費(fèi)用高、效率低，已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的快速性和多樣性要求，無法應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求，因此根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，從系統(tǒng)的角度優(yōu)化設(shè)計(jì)各部分，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的產(chǎn)品，滿足日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和愈加苛刻的技術(shù)要求，所以構(gòu)建機(jī)電一體化聯(lián)合仿真平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)有著戰(zhàn)略性意義。傳統(tǒng)的機(jī)電一體化仿真，往往采用剛性電機(jī)或者理想電機(jī)，隨著機(jī)電產(chǎn)品向高速、高精度方面的發(fā)展，故有必要搭建機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)，在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期就考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種可以進(jìn)行聯(lián)合仿真的機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法。
[0004]本發(fā)明所提供的機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法，在UGNX下設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械部分，在Matlab/Simulink下設(shè)計(jì)電氣部分,在AMESim下仿真液壓系統(tǒng)，由Simulink把控制信息分別傳遞給UGNX和AMESim，然后三者進(jìn)行聯(lián)合仿真，分析機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。
[0005]Simulink中三相異步交流電機(jī)把轉(zhuǎn)速信息、伺服閥控制信息傳遞給AMESim,把轉(zhuǎn)速信息傳遞給UGNX，AMESim把液壓推桿位移信息傳遞給UGWL
[0006]本發(fā)明所具有的有益效果是，使用聯(lián)合仿真，可以將機(jī)械部分、液壓部分的物理特性和動(dòng)力學(xué)特性更加全面地反映到控制系統(tǒng)中，使機(jī)電液系統(tǒng)仿真的可信度更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明仿真模型；
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述:
[0009]本發(fā)明所提供的機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法，在UGNX下設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械部分，在Matlab/Simulink下設(shè)計(jì)電氣部分,在AMESim下仿真液壓系統(tǒng)，由Simulink把控制信息分別傳遞給UGNX和AMESim，然后三者進(jìn)行聯(lián)合仿真，分析機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。
[0010]如圖1所示，Simulink中三相異步交流電機(jī)把轉(zhuǎn)速信息、伺服閥控制信息傳遞給AMESim,把轉(zhuǎn)速信息傳遞給UGNX，AMESim把液壓推桿位移信息傳遞給UGNX。
[0011 ] UGNX下的設(shè)計(jì)具體步驟是UGNX采用8.0版本，
[0012]I)啟動(dòng)UGNX，在“文件一實(shí)用工具一用戶默認(rèn)設(shè)置一運(yùn)動(dòng)分析一分析—ReccurDyn^中，“控制/動(dòng)力學(xué)一MATLAB可執(zhí)行文件”,通過瀏覽找到matlab.exe,確定后重新啟動(dòng)UGNX，使環(huán)境變量起作用；
[0013]2)在UG的建模環(huán)境下建立一圓柱，直徑50mm高度100mm，基點(diǎn)為絕對(duì)坐標(biāo)(0，0，0)，軸向?yàn)閆方向，材料默認(rèn)；通過“分析一測(cè)量體”測(cè)量圓柱的慣性矩Izc為480.48205267Kg.mnT2 ;也可手動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)于圓柱形轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算公式為
MD2
其中M為圓柱體質(zhì)量，可直接在軟件中測(cè)量，其值為1.537542569Kg，D為圓柱體
直徑50mm，計(jì)算可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.000480482Kg.m2,與測(cè)量值一樣；
[0014]3)進(jìn)入Motion模塊，選擇“動(dòng)力學(xué)”分析類型，高級(jí)解算方案選擇“協(xié)同仿真”;
[0015]4)設(shè)置連桿，質(zhì)量屬性選擇“自動(dòng)”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算連桿的質(zhì)心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中Izz為480.482052673953Kg.mnT2，該值與步驟2)測(cè)量及計(jì)算的Izc值相同；
[0016]5)設(shè)置運(yùn)動(dòng)副J001，選擇旋轉(zhuǎn)副，連桿為上述連桿，原點(diǎn)為連桿的圓心，也就是(0，0，O)點(diǎn)，矢量方向?yàn)閆方向；
[0017]6)添加兩個(gè)Plant輸入:Pin_fuzai與Pin_T，前者是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，后者是電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，也就是機(jī)械系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)矩；
[0018]7)添加兩個(gè)標(biāo)量扭矩T_fuZa1、T_input，扭矩的副值采用“f (X)函數(shù)”的方法，把Pin_fuzai與Pin_T分別添加到扭矩中；然后T_fuza1、T_input分別作用在步驟5)中所定義的旋轉(zhuǎn)副；在定義函數(shù)的時(shí)候，從插入中選擇“運(yùn)動(dòng)一工廠輸入”，找到所選擇的Plant輸入，單位選擇“sec”與“Ni”；
[0019]8)新建傳感器SeOOl，傳感器的作用是檢測(cè)旋轉(zhuǎn)副JOOl繞Z方向的加速度；
[0020]9)新建 Plant 輸出 Pou_J001_AMAG，通過 Pou_J001_AMAG 把傳感器 SeOOl 所對(duì)應(yīng)的加速度傳遞給Simulink中；
[0021]10)新建結(jié)算方案，分析類型為“控制/動(dòng)力學(xué)”，時(shí)間0.5秒，分析步數(shù)為1000，然后求解，協(xié)同仿真主機(jī)程序?yàn)椤癝imulink” ；
[0022]11)通過以上步驟,在仿真當(dāng)前目錄下生成兩個(gè)文件:*_Plant.m與*_Plant10.m ；
[0023]在Matlab/Simulink中，電機(jī)及其控制系統(tǒng)建模步驟如下，Matlab版本為2012A ；
[0024]I)在Matlab中把工作目錄設(shè)置為UGNX仿真文件所在目錄，也就是*_Plant.m與*_Plant10.m 文件所在目錄,運(yùn)行 *_Plant.m 文件,得到 NXMotion Plant Block ;其中 Pin_T是Simulink傳遞到UGNX中機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)矩，Pin_FuZai是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Pou_J001_AMAG是UGNX反饋給Simulink的角加速度；
[0025]2)建立電機(jī)控制模型，電源采用三相交流電源，頻率50HZ，電機(jī)采用Simulink中SimPowerSystems/Machines中的三相異步交流電機(jī)；電機(jī)參數(shù)為:額定功率3*746W、線電壓220V、頻率50HZ、定子電阻0.435 Ω、定子電感2*2.0e_3H、轉(zhuǎn)子電阻0.816 Ω、轉(zhuǎn)子電感2.0e-3H、互感69.31e_3H、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.089Kg.m~2、摩擦系數(shù)O、極對(duì)數(shù)2、初始狀態(tài)[I, 00，O, 00，O, 0]；
[0026]3)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速M(fèi)ecnanical.Rotor Speed(wm),然后轉(zhuǎn)化為常用的轉(zhuǎn)/分量綱；輸出轉(zhuǎn)矩Mechanical.Electromagnetic torque Te(N*m),分別連接示波器；[0027]4)根據(jù)動(dòng)力平衡原理，對(duì)于機(jī)構(gòu)輸入軸有T =]?> + ,其中負(fù)載轉(zhuǎn)矩T’預(yù)設(shè)值
為20N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直接從UGNX軟件中測(cè)量，因?yàn)槭抢@Z軸，所以只需要測(cè)量Jz，其值為480.482052673953Kg.mm~2,而Simulink中電機(jī)轉(zhuǎn)子也有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此電機(jī)實(shí)際輸入的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為兩者之和，所以UGNX中機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,必須加上電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,這一點(diǎn)非常重要，因此自定義Izz為兩者之和，也就是480.482052673953+89000Kg.mm~2 ；
[0028]5)把電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩連接到NXMotion Plant Block中Pin_T輸入，把預(yù)設(shè)值為20的負(fù)載轉(zhuǎn)矩連接到Pin_fuzai，Pou_J001_AMAG為機(jī)械結(jié)構(gòu)角加速度，與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求積后與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相加，一起作為電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩 ，形成閉環(huán)；
[0029]6)把 NXMotion Plant Block 中 Dynamic Model 的 NXMotion_step 修改為 1000，使UG的仿真精度與Simulink相同；
[0030]7)設(shè)置仿真時(shí)間為0.5秒，運(yùn)行仿真。
[0031]同時(shí)Matlab/Simulink把控制信息分別傳遞給AMESim,進(jìn)而完成三方同時(shí)仿真。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法，其特征是，在UGNX下設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械部分，在Matlab/Simulink下設(shè)計(jì)電氣部分,在AMESim下仿真液壓系統(tǒng)，由Simulink把控制信息分別傳遞給UGNX和AMESim，然后三者進(jìn)行聯(lián)合仿真，分析機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電液控聯(lián)合仿真方法，其特征是，Simulink中三相異步交流電機(jī)把轉(zhuǎn)速信息、伺服閥控制信息傳遞給AMESim，把轉(zhuǎn)速信息傳遞給UGNX，AMESim把液壓推桿位移信息傳遞給UGNX。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK103913993SQ201410085579
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】曾照香 申請(qǐng)人:淄博職業(yè)學(xué)院