modelica機械系統(tǒng)建模緒論

1、機電系統(tǒng)建模與仿真吳帥2022-6-20Beihang University1學(xué)分/學(xué)時：2/32開課學(xué)期：秋季 春季 上課時間：周三1,2節(jié)，B202，周五3,4節(jié)，B106先修課程：大學(xué)物理，數(shù)值分析，自動控制，電機學(xué)，液壓流體力學(xué)等課程教學(xué)目標： “機電系統(tǒng)建模與仿真”是面向機電類研究生開設(shè)的學(xué)位課程。機電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，面臨的新問題越來越多?！皺C電系統(tǒng)建模與仿真課程”是深入理解機電系統(tǒng)的重要手段，是開展科學(xué)研究的基礎(chǔ)。教學(xué)大綱2022-6-20Beihang University2第一章緒論 2學(xué)時介紹課程意義，教學(xué)方法，軟件工具等。第二章 多學(xué)科建模語言Modelica介紹 6學(xué)時課

2、程所用建模語言Modelica介紹。第三章 機電系統(tǒng)的多學(xué)科建模 18學(xué)時以實際系統(tǒng)為例，介紹機電系統(tǒng)多學(xué)科建模方法。第四章 常用建模仿真軟件介紹與使用 4學(xué)時用應(yīng)用實例介紹常用建模軟件和工具的功能與使用，AMESim，Maxwell，Ansys等；第五章 半實物(HIL)仿真技術(shù) 2學(xué)時介紹半實物實時仿真系統(tǒng)的基本概念、組成原理和關(guān)鍵技術(shù)，教學(xué)內(nèi)容2022-6-20Beihang University3考核方式：采取筆試與撰寫論文報告相結(jié)合的方式。筆試部分，小開卷，占50%。作業(yè)：理論分析、建模、仿真實驗，該部分占50%。考試形式2022-6-20Beihang University4 ME

3、S PW：buaa03課程公用郵箱2022-6-20Beihang University5Modelica建模語言環(huán)境本課程將基于新一代的建模語言Modelica進行教學(xué)。Modelica 是一種開放、面向?qū)ο蟮囊苑匠虨榛A(chǔ)的語言，可以跨越不同領(lǐng)域，方便地實現(xiàn)復(fù)雜物理系統(tǒng)的建模，包括：機械、電子、電力、液壓、熱、控制及面向過程的子系統(tǒng)模型。Modelica庫包含了大量的模型，其中，開放的Modelica標準庫包括了不同物理領(lǐng)域的920個元件模型，具有620種功能。Modelica是一個開放的物理建模平臺，可用于許多商業(yè)軟件，例如：MWorks(中國),SimulationX, CATIA Sy

4、stems, Dymola,AMESim, JModelica, MapleSim, MathModelica, OpenModelica, SCICOS 及 Vertex。通過MWorks(中國)、SimulationX, Dymola, MapleSim 或 Vertex，可以將Modelica導(dǎo)入到Simulink中。2022-6-20Beihang University6Modelica建模語言環(huán)境目前，越來越多的行業(yè)開始使用Modelica語言進行模型開發(fā)。尤其是汽車領(lǐng)域，例如： Audi, BMW, Daimler, Ford, Toyota, VW 等世界知名公司都在使用Mode

5、lica來開發(fā)節(jié)能汽車、改善車輛空調(diào)系統(tǒng)等。非營利國際組織Modelica協(xié)會對Modelica進行開發(fā)和維護并公開它的標準程序庫。Modelica協(xié)會官方網(wǎng)址：/2022-6-20Beihang University7Modelica建模語言環(huán)境本課程將基于免費的Modelica建模軟件平臺OpenModelica進行課堂建模教學(xué)與仿真作業(yè)。官方網(wǎng)址：/2022-6-20Beihang University8OpenModleica是一個開源的基于Modelica語言的建模和仿真環(huán)境，用于工業(yè)界和學(xué)術(shù)

6、界研究。長期由非贏利組織 Open S o u r c e M o d e l i c a Consortium (OSMC) 開發(fā)。Modelica建模語言環(huán)境Windows平臺下OpenMolelica下載網(wǎng)址，目前版本是1.9.2 /download/download-windows，Mac和Linux平臺類似。2022-6-20Beihang University9Modelica建模語言環(huán)境安裝過程和普通Windows應(yīng)用程序類似，安裝之后的程序文件夾如圖所示。2022-6-20Beihang University10OpenModlei

7、ca Connection EditorOpenModleica NotebookDocumentation2022-6-20Beihang University11Modelica建模語言環(huán)境OpenModleica Connection Editor：圖形化建模仿真平臺2022-6-20Beihang University12Modelica建模語言環(huán)境OpenModleica Notebook：一個文本類型的Modelica建模仿真軟件，是入門學(xué)習Modelica的很好資料。2022-6-20Beihang University13什么是系統(tǒng)？System什么是系統(tǒng)？系統(tǒng)可以定義為一個我

8、們想研究的物體或者是物體的集合。2022-6-20Beihang University14什么是系統(tǒng)？System研究系統(tǒng)的目的？研究系統(tǒng)的目的是為了建造它工程師視角研究系統(tǒng)的目的是為了了解它自然科學(xué)家視角2022-6-20Beihang University15什么是系統(tǒng)？System研究系統(tǒng)的方法實驗：通過已有系統(tǒng)的操作，提取信息完成對系統(tǒng)的觀測，系統(tǒng)必須能夠可控，可測量或可觀測。實驗的缺點：1、實驗可能會非常昂貴，例如汽車碰撞，飛機結(jié)構(gòu)強度測試2、實驗有可能會非常危險，例如原子能實驗3、要實驗的系統(tǒng)不存在，例如在飛機型號建造之前2022-6-20Beihang University16什

9、么是模型？System系統(tǒng)的模型是指可以代替要研究的系統(tǒng)進行實驗，獲得想要信息的系統(tǒng)。什么是模型？模型的種類：1、物理模型真實系統(tǒng)的實物模擬，例如風洞試驗中的小型飛機模型2、數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)變量之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，例如歐姆定律，牛頓三定律2022-6-20Beihang University17使用仿真的原因？1、可以克服實驗昂貴、危險，實物不存在等缺點。2、仿真可以實現(xiàn)不同時間域的仿真3、試驗中部分比變量是不可見，不可獲得的4、仿真修改起來非常容易5、排除了干擾的影響6、忽略了次要因素的影響為什么仿真？被控對象 Plant控制系統(tǒng) Control System功率放大Amplifier敏感元

10、件Sensor信號層能量層執(zhí)行器能源2022-6-20Beihang University18機電系統(tǒng) Mechatronics什么是機電系統(tǒng)？ 機械系統(tǒng)，機構(gòu)、力學(xué) Mechanical 電氣系統(tǒng)，電路，電氣學(xué)，電機 Electric 流體系統(tǒng)，流體力學(xué)、機械 Fluid 熱系統(tǒng)，熱力學(xué)、機械 Thermal2022-6-20Beihang University19被控對象 Plant 混合系統(tǒng) Mixed 電-機械系統(tǒng)，電機械轉(zhuǎn)換 (電機/揚聲器/磁盤驅(qū)動器) 流體-機械系統(tǒng)，液機械轉(zhuǎn)換 (飛機舵機) 熱-機械系統(tǒng)，熱機械轉(zhuǎn)換 (汽車引擎) 電-熱系統(tǒng)，電熱轉(zhuǎn)換 (電暖器)2022-6-2

11、0Beihang University20被控對象 Plant 模擬式 Analog 機械式 Mechanical (助力器, 水箱) 電子式 Electronic 數(shù)字式 Digital 計算機 Computer 嵌入式 Embedded 分布式 Distributed 現(xiàn)場總線 Field Bus 網(wǎng)絡(luò)控制 Network2022-6-20Beihang University21控制系統(tǒng) Control System 液壓 Hydraulic / 氣壓 Pneumatic 伺服閥 Servo valve/比例閥 Proportional Valve 溫度 Thermal / 電源 Elec

12、tric Power 電流放大器 Current Amplifier 電機 Motor 驅(qū)動器 / 控制器 Controller2022-6-20Beihang University22功率放大元件 Power Amplifier 敏感元件 傳感器 變送器位移/速度/加速度/力（力矩）溫度壓力/流量電壓/電流2022-6-20Beihang University23反饋元件 Feedback 存儲 化學(xué) (電池) 機械 (飛輪) 壓縮流體 水勢能 產(chǎn)生 水力 風力 煤 太陽能 石油 核 潮汐 使用 液壓源 氣源 電源2022-6-20Beihang University24能源 Energy 液壓系統(tǒng) 環(huán)控系統(tǒng) 燃油系統(tǒng) 剎車 前輪轉(zhuǎn)彎 電氣系統(tǒng) 防除冰飛機機電系統(tǒng)2022-6-20Beihang University25典型機電系統(tǒng) 汽車2022-6-20Beihang University26典型機電系統(tǒng) 運動平臺2022-6-20Beihang University27典型機電系統(tǒng)微機電系統(tǒng)MEMS微機電系統(tǒng)（英語：Microelectromechanical Systems，縮寫為MEMS）是將微電子技術(shù)與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，它的操作范圍在微米范圍內(nèi)。MEMS研究人員