机电系统建模与仿真作业

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1、S20090076专业：机械设计及其自动化姓名：程阳锐学号：一、举例说明系统建模与仿真的作用和意义。随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初放着技术是作为对实际系统进行实验的辅助工具而应川的，而后川于训练目的，现在仿真系统的应用包括航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研宄、系统的可行性研宄、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方而。在电力工业中，随着单元发电机组容量越来越大，系统越来越复杂，对它的经济

2、运行、安全生产提出Y更高的要求。仿真系统是实现这个目的的最佳途径，通过仿真系统可以优化运行过程，付以培训操作人员，电站仿真系统己经成为电站建没与运行中必须配套的装备。核电站的运行必须安全操作人员的技术素质、技能是保证安全运行的前提，培训调商操作人员素质、技能的有效手段是仿真培训系统。一般来说凡是需要有一个或一组熟练人员记性操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行训练、教育与培训、早期的培训大都在系统或设备上进行的。随着系统的加大、复杂程度的提高，特別是造价口益昂贵，训练时因操作不当引起破坏而带来的损失大大增加，因此

3、，提高系统运行的安企性事关重大。以发电厂为例，美国能源管理局的报告认为，电厂的可靠性可以通过该机设计和加强维护来改善，但只能占提高可靠性的20%-30%，其余要依靠提高运行人员的素质来提高，可见，人员训练对这类系统的重要行。为了解决这些问题，需要这样的系统，它能模拟实际系统的工作状况和运行环境，又可避免采用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价，这就是训练仿真系统。二、论述系统仿真的类型和特点。系统仿真是近几十年发展起来的一门综合行学科，它为进行丙天宁国的研究。分析、决策、设计，以及对专业人员的培训等提供了一种先进的手段，增强了

4、人们对客观世界内在规律的认识能力，有力的推动了那些过去以定性分析为主的学科向定量化方向发展。在系统及人员培训屮采用仿真技术，可大大减少费用、缩短周期。仿真技术己经广泛应用于工程及分工程领域，并取得巨大的社会及经济效益。仿真的类型可分为1.物理仿真，2半物理仿真（数学-物理混合仿真），3数学仿真物理仿真的优点是：能最大限度的反映系统的物理本质，具有直观性强及形象化的特点，能将原型中发生的综合过程在模型中企面反映出来，这些复杂过程不是简单的数学方程所能表达的。物理仿真的缺点是：为建造物理模型所需的费用商、周期长、技术复杂；在物理模型

5、上做实验，修改模型的结构及参数困难，实验的限制条件多，较容易受到一些环境条件的十扰。数学仿真的优点是经济，方便、通川性强。计算机为数学模型的建立与仿真提供了较大的方便与灵活，它实际上是一个“活的数学模型”。所以数学仿真也就是在计算机上对系统的模型进行实验，故常称为计算机仿真半物理仿真即将系统的一部分建立数学模型，并放到计算机上，而另一部分构造其物理模型或采用实物，然后将它们联接成系统进行试验，这种形式的仿真称为数学一物理混合仿真或半实物仿真，具有数学与物理仿真的共同优点。三、以实例说明仿真研宄的步骤基于MSC.ADAMS液力变矩

6、器的动力传动系统建模与仿真的步骤1.建立力学模型采用广泛应川于车辆上的三元件向心涡轮液力变矩器作力研究对象，忽略液力变矩器在偶合器工况下工作时的导轮惯性力矩，建立动态系统力学模型如图1所示(^?-=u)'y阁1液力变矩器动态系统力学模型阁2液力变矩器原始特性阁1中Tf、、“、为非稳定工况下的泵轮轴动态转矩、泵轮动态液力转矩、泉轮构件当量转动惯量、泵轮转速；Tt°、Tt为非稳定工况下的涡轮轴动态转矩、涡轮动态液力转矩、涡轮构件当量转动惯量、涡轮转速。1.建立数学模型根据图1建立数学模型：Tpd=Tphd+IPda)P~dTdco

7、T~dT忽略循环圆A液体循环流量变化、忽略泵轮和涡轮屮工作液体转动惯量以及机械损失，则：=T,HD=kTPHD式屮X为泵轮动态力矩系数，P为工作液体密度，D力循环圆直径，k为动态变矩比。当液力变矩器非稳定工况下的泵轮转速变化在一52rad/^2^do/dt^52rad/，2时，液力变矩器的动态特性与静态特性的相对偏差在4.5%以内，可以用静态特性代替动态特性。此外，假定液力变矩器原始特性在各种工况下保持不变。因此，在进行仿真时，根裾液力变矩器的原始特性曲线（如图2）,直接利用Akima插值方法确定当前速比下的动态J和&值。2.计

8、算仿真模型利用此模型进行某全程调速柴油机和某正透穿液力变矩器共冋工作仿真，能方便得出全程调速柴油机与液力变矩器共同工作的一些动态特性，如图3、4所示。图3发动机与液力变矩器共同工作输出特性图4液力变矩器输岀转矩的局部放大图3.分析仿真模型的汁算数据图3屮，曲线1