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。