基于proeadamsmalab的挖掘机机电液一体化联合仿真

基于proeadamsmalab的挖掘机机电液一体化联合仿真

0proe/adams/sim选型sue的参数设计、基于属性和一般属性的设计理念改变了cae机械设计的传统理念，在机械设计、机械配置、系统模拟和模具设计等领域得到了广泛应用。Adams是目前世界上应用最广泛的、最具权威性的机械系统动力学仿真分析软件,已经被广泛应用到航空航天、兵器、汽车和机械制造等各个行业。Simulink是Matlab提供的一个图形化仿真环境,可以方便地对用传递函数、微分方程和状态方程描述的动态系统进行建模和仿真。挖掘机是机电液一体化复合系统,本文采用Proe/Adams/Simulink进行了挖掘机的联合仿真分析。首先采用Pro/E建立挖掘机的三维模型,将模型导入到多体动力学仿真软件Adams中;然后采用Adams/Hydraulics完成了挖掘机液压系统建模;借助于Adams/Controls模块,将挖掘机的机械液压系统模型同Matlab/Simulink控制分析软件有机地连接起来,实现挖掘机的机电液一体化联合仿真。1挖掘机的机电系统建模1.1运动模型的建立基于Proe软件的变量化设计和实体造型技术,完成各零件的建模和总成的装配,得到了挖掘机的三维实体模型如图1所示。采用Proe/MXD模块进行初步运动分析,然后采用Proe和Adams的接口软件Mechanism/Pro将模型导入到Adams中。(1)对需要研究的零、部件定义运动,对位移、速度及加速度等进行计算分析;(2)进行运动仿真显示、运动轨迹分析及运动干涉检验;根据仿真结果对所设计的零件进行修改,直到不产生干涉为止;(3)利用Pro/E和Adams的接口软件Mechanism/Pro进行模型修正工作,如映射到运动模型中的约束关系有些可能无法满足运动要求,也需要重新定义。最后,利用Mechanism/Pro生成刚体和一些简单约束后,将模型和分析结果输出为Adams可用的文件。1.2机械-液压联合仿真分析Adams/Hydraulics模块能够实现可视化液压系统建模,并可同Adams机械系统模块很好地耦合,进行装置的机械-液压系统动、静态特性联合仿真分析。在Adams/Hydraulics环境下建立液压回路,设置环境参数,创建流体、压力源、控制阀、液压缸、连接液压回路。然后在Hydraulics下使用connect命令,依次选择液压元件的端口,将选定的液压元件连接到一起,完成挖掘机的液压系统建模,如图2所示。1.3机械系统的建立挖掘机的电液伺服控制系统动态结构如图3所示。电液伺服控制系统由伺服阀、液压缸、位置负反馈、比例调节器组成,忽略干扰负载。1.4挖掘机的机电液系统建模Proe三维实体模型及装配通过Mechanism/Pro导入到Adams/View环境下,只需要重新定义各零、部件的颜色和材料属性等,软件会自动计算质心、转动惯量等质量信息,进一步完善模型的质量属性以及部件相互约束关系,从而建立挖掘机的机械系统模型。采用Adams/Hydraulics建立液压系统模型,并通过液压执行元件(液缸)将液压回路虚拟连接到建立的机械模型上,从而建立了挖掘机的机械液压系统模型。采用Matlab/Simulink建立系统控制模型,通过Matlab/Simulink向Adams输入换向阀开口度的控制方程,控制Adams中液压系统油缸的运动;而Adams又向控制系统Matlab/Simulink输出油缸的位移作为负反馈,经位置偏差敏感元件、电放大器,从而影响换向阀位移,实现机械系统和控制系统闭环控制,从而完成了挖掘机的机电液系统建模,如图4所示。2模拟分析(1)octorsor模块在Adams/View模块中对挖掘机的仿真结果进行测量,将测量得到的各物理量特性曲线传送到PostProcessor模块,得到驱动油缸的速度及受力的变化情况如图5所示。除液压缸的受力外,还可以根据动力学仿真结果,在Adams/View中测量得到挖掘机各关键点的受力特性,为各零部件的优化设计提供依据。驱动油缸在举升过程中,速度及所受力的最大值计算结果为极限工况下相关构件的强度校核和改进设计提供了有用的参考。(2)总增益kt的设定在驱动油缸位置控制系统中,位置偏差敏感元件的增益KS,电放大器的增益KR,伺服阀的放大系数K的连乘积即系统的总增益KT设定为40,伺服阀的阻尼比a=0.8;时间常数T=0.02;设定油缸移动的目标位移Constant=0.27m。从图6得到控制系统的性能指标:延迟时间为0.26s;从稳态值0上升到100%的上升时间为0.42s;峰值时间为0.50s;最大超调量为11.1%;误差为2%的调整时间为0.85s。3机电液一体化仿真分析本文以挖掘机为例,探讨了采用ProeAdamsMa