基于proeadamsmalab的挖掘機機電液一體化聯(lián)合仿真

基于proeadamsmalab的挖掘機機電液一體化聯(lián)合仿真

0proe/adams/sim選型sue的參數(shù)設(shè)計、基于屬性和一般屬性的設(shè)計理念改變了cae機械設(shè)計的傳統(tǒng)理念，在機械設(shè)計、機械配置、系統(tǒng)模擬和模具設(shè)計等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Adams是目前世界上應(yīng)用最廣泛的、最具權(quán)威性的機械系統(tǒng)動力學仿真分析軟件,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到航空航天、兵器、汽車和機械制造等各個行業(yè)。Simulink是Matlab提供的一個圖形化仿真環(huán)境,可以方便地對用傳遞函數(shù)、微分方程和狀態(tài)方程描述的動態(tài)系統(tǒng)進行建模和仿真。挖掘機是機電液一體化復(fù)合系統(tǒng),本文采用Proe/Adams/Simulink進行了挖掘機的聯(lián)合仿真分析。首先采用Pro/E建立挖掘機的三維模型,將模型導入到多體動力學仿真軟件Adams中;然后采用Adams/Hydraulics完成了挖掘機液壓系統(tǒng)建模;借助于Adams/Controls模塊,將挖掘機的機械液壓系統(tǒng)模型同Matlab/Simulink控制分析軟件有機地連接起來,實現(xiàn)挖掘機的機電液一體化聯(lián)合仿真。1挖掘機的機電系統(tǒng)建模1.1運動模型的建立基于Proe軟件的變量化設(shè)計和實體造型技術(shù),完成各零件的建模和總成的裝配,得到了挖掘機的三維實體模型如圖1所示。采用Proe/MXD模塊進行初步運動分析,然后采用Proe和Adams的接口軟件Mechanism/Pro將模型導入到Adams中。(1)對需要研究的零、部件定義運動,對位移、速度及加速度等進行計算分析;(2)進行運動仿真顯示、運動軌跡分析及運動干涉檢驗;根據(jù)仿真結(jié)果對所設(shè)計的零件進行修改,直到不產(chǎn)生干涉為止;(3)利用Pro/E和Adams的接口軟件Mechanism/Pro進行模型修正工作,如映射到運動模型中的約束關(guān)系有些可能無法滿足運動要求,也需要重新定義。最后,利用Mechanism/Pro生成剛體和一些簡單約束后,將模型和分析結(jié)果輸出為Adams可用的文件。1.2機械-液壓聯(lián)合仿真分析Adams/Hydraulics模塊能夠?qū)崿F(xiàn)可視化液壓系統(tǒng)建模,并可同Adams機械系統(tǒng)模塊很好地耦合,進行裝置的機械-液壓系統(tǒng)動、靜態(tài)特性聯(lián)合仿真分析。在Adams/Hydraulics環(huán)境下建立液壓回路,設(shè)置環(huán)境參數(shù),創(chuàng)建流體、壓力源、控制閥、液壓缸、連接液壓回路。然后在Hydraulics下使用connect命令,依次選擇液壓元件的端口,將選定的液壓元件連接到一起,完成挖掘機的液壓系統(tǒng)建模,如圖2所示。1.3機械系統(tǒng)的建立挖掘機的電液伺服控制系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示。電液伺服控制系統(tǒng)由伺服閥、液壓缸、位置負反饋、比例調(diào)節(jié)器組成,忽略干擾負載。1.4挖掘機的機電液系統(tǒng)建模Proe三維實體模型及裝配通過Mechanism/Pro導入到Adams/View環(huán)境下,只需要重新定義各零、部件的顏色和材料屬性等,軟件會自動計算質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等質(zhì)量信息,進一步完善模型的質(zhì)量屬性以及部件相互約束關(guān)系,從而建立挖掘機的機械系統(tǒng)模型。采用Adams/Hydraulics建立液壓系統(tǒng)模型,并通過液壓執(zhí)行元件(液缸)將液壓回路虛擬連接到建立的機械模型上,從而建立了挖掘機的機械液壓系統(tǒng)模型。采用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)控制模型,通過Matlab/Simulink向Adams輸入換向閥開口度的控制方程,控制Adams中液壓系統(tǒng)油缸的運動;而Adams又向控制系統(tǒng)Matlab/Simulink輸出油缸的位移作為負反饋,經(jīng)位置偏差敏感元件、電放大器,從而影響換向閥位移,實現(xiàn)機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)閉環(huán)控制,從而完成了挖掘機的機電液系統(tǒng)建模,如圖4所示。2模擬分析(1)octorsor模塊在Adams/View模塊中對挖掘機的仿真結(jié)果進行測量,將測量得到的各物理量特性曲線傳送到PostProcessor模塊,得到驅(qū)動油缸的速度及受力的變化情況如圖5所示。除液壓缸的受力外,還可以根據(jù)動力學仿真結(jié)果,在Adams/View中測量得到挖掘機各關(guān)鍵點的受力特性,為各零部件的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。驅(qū)動油缸在舉升過程中,速度及所受力的最大值計算結(jié)果為極限工況下相關(guān)構(gòu)件的強度校核和改進設(shè)計提供了有用的參考。(2)總增益kt的設(shè)定在驅(qū)動油缸位置控制系統(tǒng)中,位置偏差敏感元件的增益KS,電放大器的增益KR,伺服閥的放大系數(shù)K的連乘積即系統(tǒng)的總增益KT設(shè)定為40,伺服閥的阻尼比a=0.8;時間常數(shù)T=0.02;設(shè)定油缸移動的目標位移Constant=0.27m。從圖6得到控制系統(tǒng)的性能指標:延遲時間為0.26s;從穩(wěn)態(tài)值0上升到100%的上升時間為0.42s;峰值時間為0.50s;最大超調(diào)量為11.1%;誤差為2%的調(diào)整時間為0.85s。3機電液一體化仿真分析本文以挖掘機為例,探討了采用ProeAdamsMa