基于Modelica技术与Fluent的气浮运动平台联合仿真.pdf

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1、第5期组合机床与自动化加工技术NO．52014年5月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueMay．2014文章编号：1001—2265(2014)05～0096—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．05．024基于Modelica技术与Fluent的气浮运动平台联合仿真冰赵建军，骆雪芹(华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心，武汉430074)摘要：精密气浮运动平台系统是一个涉及机、电、气的多领域耦合系统，针对其多领域耦合特性和气体轴

2、承承栽非线性建模问题，基于Modelica技术和Fluent建立了气浮运动平台的联合仿真计算方法。分别建立气浮运动平台系统Modelica模型和气体轴承流场Fluent模型，实时传递气体轴承气动力载荷和位姿信息，得到了更加准确的气膜压力和气膜高度的函数关系。运用此联合仿真模型对驱动合力偏离运动部件质心导致的偏转振动进行了仿真分析，结果表明：驱动合力偏心会引起平台较大程度偏转。关键词：联合仿真；Modelica；Fluent；精密气浮运动平台；气体轴承；偏转振动中图分类号：TH165；TG659文献标识码：ACO——simulation

3、ofUltra．—precisionMotionStageBasedonModelicaandFluentZHA0Jian-jun．LU0Xue．qin(NationalCADSuppo~SoftwareEngineeringTechnologyResearchCenter，HuazhongUniversityofScienceandTechnologY．Wuhan430074．China)Abstract：Ultra—precisionmotionstagesystemisamultiple—fieldcouplingsystemi

4、nvolvingmechanical，e—lectrical，magneticandpneumatic．Foritsmulti—fieldcouplingcharacteristicsandnonlinearityofthecharac-teristicsofhydrostaticairbearings，theCO—simulationmethodofultra—precisionmotionsystembasedonMo—delicaandFluentwasbuild．TheModelicamodelofultra—precisio

5、nmotionstageandF1uentmodelofairbearinghasbeenestablishedrespectively，byreal—timetransmissionofpositionandaerod3namicl0ad，theCO．simulationofultra—precisionmotionstagewasrealized．UsingthisCO—simulationmodelthedeflectionvi．braioncausedbynon．colinearityofthedirectionofdrivi

6、ngresultantforcefromthecenterofmasswascalculat．edandanalyzed．Theresultsshowthatthemotionstagewillvibratesubstantiallywhendrivingforcedeviatesfromthecenterofmass．Keywords：CO-simulation；Modelica；Fluent；ultra—precisionmotionstage；airbearings；deflectionvibra—tion的函数。由于Model

7、ica是基于集总参数模型的建模语0引言言，对气膜流场这种分布式参数模型建模存在困难。精密气浮运动平台系统是一个涉及到机、电、气等而通常对气膜压力与气膜高度这种函数关系的等效方多个领域的耦合系统，采用气体轴承支承和导向，由直法有：简化为线性弹簧，或者由实验测量的气浮静线电机直接驱动，结构上具有无机械接触的特点，能在承载曲线进行插值计算得到。前者忽略了气体轴承长行程范围内实现亚微米甚至纳米级的定位精度。对承载的非线性；后者精度取决于所选取的插值算法，会于这种多领域物理系统，Modelica是目前盛行的建产生插值误差，且忽略了气膜厚度变化时

8、气体轴承承模仿真方法，它以统一的方式描述不同领域的组件模载力的动态特性。Fluent等CFD软件，广泛用于流体型，非常适合现代多领域复杂系统建模。流动的数值计算，基于流体流动的各种守恒偏微分方然而Modelica在建立气