一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法，包括如下步骤：步骤一，根据液压系统结构的物理特性和功能，将液压系统分解为基础层模型、实现层模型和应用层模型；步骤二，使用Modelica语言构建通用基础层模型；步骤三，使用Modelica语言构建液压元部件实现层模型，所述液压元部件实现层模型根据液压元部件的设计原理和特性以及真实试验曲线构建；步骤四，建立并测试典型液压系统的应用层模型，所述应用层模型通过连接器来实现液压元部件实现层模型之间及其与外界设备之间的组合和信息传递。本发明专利技术的模型库构建方法最大限度地摆脱了仿真工具的限制，适用性更强。适用性更强。适用性更强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法


[0001]本专利技术属于机电系统中液压系统的建模与仿真领域，具体涉及一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法。

技术介绍

[0002]液压传动起源于帕斯卡发现的流体静压原理，流体静压原理的典型应用如液压千斤顶实现了四两拨千斤。液压传动具有功率重量比高、控制方式灵活、易于实现无级调速、安全可靠、易于实现过载保护等优点，因而广泛应用于航空航天、重工机械、工业机床、钢铁冶炼、注塑压铸、汽车制造、农业机械等与我们生活息息相关的各行各业。同时，近些年随着智能制造的发展，液压技术也进一步向着微型化、智能化、柔性化的方向发展，一些人形机器人、可穿戴设备中也成熟应用了液压技术。液压传动技术在工程中的应用需要耦合机械结构受力、电气控制、流体控制、传热分析、软件控制策略，对于复杂液压系统的解耦分析无法通过单一领域的数学方程完整地描述系统的瞬态和稳态响应特性。利用模型库的方式将复杂系统按照功能学科特性进行拆解，分别在单一领域内完成元部件的特性方程定义，应用统一的平台建模工具与求解平台完成液压系统的模块化搭建与求解也成为了目前行业内通用的建模仿真分析方法。
[0003]目前市场上液压系统建模仿真软件基本被国外软件公司产品垄断，国外软件公司为了保证自己的核心竞争力，通常软件模型的底层代码不对外开放，因而无法修改与进行自定义开发，模型和模型库存储数据格式不同导致不同软件的模型资源无法相互调用，联合仿真接口不开放或有限开放且实现联合仿真操作复杂。建模软件多为英文界面可读性差，参数设置与仿真只开放有限更改权限，无法对照方程去进行更加符合工程实际的更改，无法让建模人员在深入理解物理背景的基础上完成建模仿真，而是需要在适应建模软件基础上进行简化与近似完成建模仿真。
[0004]模型库作为系统仿真的基础，对于工业软件的发展而言具有十分重要的意义。我国的自主知识产权模型库的开发与应用尚处空白，基于本专利技术的方法进行自主可控模型库的开发，可实现知识的积累和复用，拥有自主知识产权，保证了数字化进程中不受制于人。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法。该方法是基于同一平台的建模方法，能够实现液压系统的无缝集成，有效降低了液压系统模型库的难度和复杂性，增加模型的重用性和扩展性，缩短了液压系统研发的周期和经费。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供了一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，根据液压系统结构的物理特性和功能，将液压系统分解为基础层模型、实
现层模型和应用层模型；
[0009]步骤二，使用Modelica语言构建通用基础层模型，包括介质、连接器、单一功能的子函数模型；
[0010]步骤三，使用Modelica语言构建液压元部件实现层模型，所述液压元部件实现层模型根据液压元部件的设计原理和特性以及真实试验曲线构建；
[0011]步骤四，建立并测试典型液压系统的应用层模型，所述应用层模型通过连接器来实现液压元部件实现层模型之间及其与外界设备之间的组合和信息传递。
[0012]可选地，所述构建液压系统模型库的方法包括：利用质量连续性原理、动量守恒原理、能量守恒原理将所述液压元部件模型对应的物理模型转化为以方程表达的数学模型；利用建模软件平台和Modelica语言将所述数学模型转化为对应元部件的Modelica模型。
[0013]可选地，所述基础层模型的特点是大部分模型的功能需要通过被继承使用才能体现，单独的基础层模型一般不具备独立功能，有的甚至不封闭。所述介质模型包括液压系统常用的水和液压油两种介质；所述连接器包括机械连接器、液压连接器和信号连接器；所述单一功能子函数包括根据不同介质建立的各种物性插值函数。
[0014]可选地，所述实现层模型的特点是所有元件都可以直接使用并具有特定功能。所述液压元部件实现层模型包括液压领域的基础元部件，按照液压系统的组成又划分为动力元件、控制元件、执行元件和辅助元件；构建所述液压元部件实现层模型之后，还包括：对所述液压元部件实现层模型进行仿真验证，通过对比判断仿真结果与期望的理论结果是否符合；如果仿真结果与期望的理论结果不符合，则修改所述液压元部件实现层模型的模型拓扑、参数配置等，直至仿真结果与期望的理论结果符合。
[0015]可选地，所述应用层模型的特点是模型库中的元件一般都能够直接在液压系统中找到对应的产品。构建所述液压系统测试模型之后，还包括：对所述液压系统测试模型进行仿真验证，通过对比判断仿真结果与期望的理论结果是否符合；如果仿真结果与期望的理论结果不符合，则对所述液压系统测试模型进行修改调整，直至仿真结果与期望的理论结果符合。
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术基于Modelica语言构建液压系统来实现陈述式建模，Modelica作为一种基于方程、面向对象、强大组件化建模能力的多领域统一建模语言，满足建模仿真发展方向的需求，适用于液压传动等各类子系统模型及大规模复杂物理系统的建模与仿真。同时，Modelica模型采用微分、代数和离散方程的数学描述，具备了通用性、开放性和标准化的特点，并依附陈述式建模和面向对象建模，可重用性、可重构性、可扩展性好，从而使得在液压系统的建模中，降低了开发难度，增加了可重用性、提高了工作效率，并且使得该系统能够反映实际物理系统。
[0018]本专利技术基于Modelica的模型库规范和流程，构建自主液压系统模型库典型元、部件模型，形成具有自主知识产权的模型库，模型可重用、可扩展。为液压系统的设计和研发提供模块化的、标准的、可复用的仿真组件，为新品研制提供更加高效的辅助设计手段。从源码层面开发模型，最大限度地摆脱了仿真工具的限制，将封闭的国外软件“黑盒”模型转化为掌握源代码的“白盒模型”，实现在模型准确度不足时，可以通过修正模型背后的公式、算法来对模型进行调优。能够在任何支持Modelica语言的工具下使用，模型的适用性更强。
并首次实现了系统仿真中阀门根据真实试验曲线仿真计算的目标。
附图说明
[0019]图1本专利技术的方法总体流程图。
[0020]图2是本专利技术具体实施方式所涉及的液压系统模型库的分解图。
[0021]图3是本专利技术具体实施方式所涉及的液压系统模型库的树状图。
[0022]图4a，图4b，图4c，图4d是采用成熟商业软件搭建的预期模型与本专利技术中所述的液压系统模型库搭建的模型对比图，以及仿真结果对比图；其中，图4a为采用成熟商业软件搭建的预期模型，图4b为本专利技术中所述的液压系统模型库搭建的模型，图4c为采用成熟商业软件所搭建预期模型的仿真结果，图4d为本专利技术中所述的液压系统模型库所搭建模型的仿真结果。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，根据液压系统结构的物理特性和功能，将液压系统分解为基础层模型、实现层模型和应用层模型；步骤二，使用Modelica语言构建基础层模型，包括介质、连接器、单一功能的子函数模型；步骤三，使用Modelica语言构建液压元部件实现层模型，所述液压元部件实现层模型根据液压元部件的设计原理和特性以及真实试验曲线构建；步骤四，建立并测试液压系统的应用层模型，所述应用层模型通过连接器来实现液压元部件实现层模型之间及其与外界设备之间的组合和信息传递。2.根据权利要求1所述的基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：所述基础层，被继承使用，包括介质、抽象类、图标、接口、单一功能的子函数；所述实现层为各领域基础元件库，包括气动库、热流体库、液压库、电磁库；所述实现层中，所有元件能够直接使用并具有特定功能；所述应用层为按照液压系统的部、组件构建的模型库，模型库中的元件能够直接在液压系统中找到对应的产品。3.根据权利要求1所述的基于Modelica语言的液压系统模型库构建方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜雪萍，梁亮东，金鑫，门晓苏，梁旭东，
申请(专利权)人：金航数码科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：