[发明专利]基于虚拟样机的液压支撑平台调平系统联合仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真领域的系统，特别是一种液压支撑平台的自动调平控制系统，涉及到机械系统动力学分析、液压传动与控制系统、控制科学与工程、虚拟设计与制造等领域，用于液压支撑平台的动力学分析、调平系统的控制算法研究。

背景技术

随着各种车载移动平台的大量应用，平台的自动调平控制系统的研究也越发重视。车载移动平台的自动调平系统是一个机、电、液一体化的复杂系统，对这样一个复杂系统仿真研究时，目前普遍采用的研究方法是将平台调平系统进行简化，建立精确的数学模型，然后进行相关的仿真分析。常用的ADAMS(机械系统动态分析软件)软件是美国MDI(Mechanical Dynamics Inc.)公司开发的机械系统动力学仿真分析软件，它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。常用的MATLAB(数学实验室软件)是Mathworks公司推出的一套高性能数值计算和可视化软件，在系统建模和仿真、科学和工程绘图及应用程序开发等方面有着广泛的应用。

由于平台调平系统的复杂性以及强耦合性，用常用的ADAMS和MATLAB软件所建立的数学模型与实际系统总有较大的偏差。随着电子技术的快速发展以及计算机的普遍使用，大量的工程机械以及重型车辆的设计开发过程中，通常会利用到虚拟样机技术来进行前期的理论研究。机械工程中大量采用的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是一项计算机辅助工程技术。在计算机上建立虚拟样机模型，然后对模型进行各种动态性能分析，改进样机设计方案，用数字化的形式来代替传统的物理样机试验。但在对建立的虚拟样机模型进行控制系统分析的时候，由于虚拟样机软件在控制系统设计方面的缺陷，难以实现整机模型的动态仿真。

发明内容

本发明提供一种基于虚拟样机的自动调平控制系统联合仿真方法，该方法通过采用ADAMS(机械系统动态分析软件)与MATLAB(数学实验室软件)的交互式数据传递进行联合仿真，可以进行液压支撑平台的调平过程动力学分析以及调平控制算法的设计与优化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是包括如下步骤：1)在三维建模软件中建立液压支撑平台的三维实体模型，通过液压支腿的伸缩控制平台与水平面的倾角；2)将所述三维实体模型导入到机械系统动态分析软件中进行分析，重新添加质量、材料属性、运动约束和力相关参数，构成虚拟样机的动力学机械模型；3)在所述虚拟样机的动力学机械模型上建立系统的液压回路，并建立液压回路与机械模型的连接，建立完整的虚拟样机模型；4)通过机械系统动态分析软件的控制系统模块将所述虚拟样机模型与数学实验室软件中的控制系统联合；在所述虚拟样机模型上将所述倾角值设为一状态变量，定义此一状态变量为机械系统动态分析软件的输出变量也即数学实验室软件的输入变量，将所述液压支腿上具有的液压伺服阀的控制变量设为另一状态变量，定义此另一状态变量为机械系统动态分析软件的输入变量也即数学实验室软件的输出变量；通过两所述状态变量进行两个所述软件间的数据交换，建立联合仿真控制模型。

进一步地，本发明将所述倾角值与给定的调平精度进行比较分析后的倾角误差信号经过模糊PID控制器进行控制决策，控制器输出信号经过功率放大模块变成伺服阀控制信号反馈到所述虚拟样机模型，驱动虚拟样机的液压系统相应的液压缸运动，虚拟样机模型检测的实时倾角信号再反馈给数学实验室软件MATLAB的控制系统，构成一个闭环控制系统。

本发明的有益效果是：

1、本发明结合专业的控制算法仿真分析软件，发挥两个软件的各自优势，实现平台自动调平系统的整体仿真。ADAMS与MATLAB的交互式数据传递，在ADAMS中可视化调平过程，并且利用ADAMS的后处理模块，观察支腿与平台运动的各项参数曲线，从而分析系统的稳定性与扰动性。根据分析结果，对所建模型及仿真模块进行评价，为物理样机的研制提供重要的理论参考依据。基于ADAMS与MATLAB的联合仿真，使用同一个机械系统模型进行设计和仿真，可以大大简化物理样机的检验调试过程，提高产品的开发速度。

2、本发明将虚拟样机技术和控制系统仿真技术结合，为带有控制系统的复杂机械系统设计提供了新方法，可以在加工物理样机前全面分析机械系统和控制系统综合作用的仿真效果。该方法可以推广应用到其他复杂机械系统的计算机仿真当中，真正达到快速、高质量、低成本的目标。

附图说明