[发明专利]基于Modelica的液压挖掘机能量传递精准模型构建方法

说明书

本发明公开一种基于Modelica的液压挖掘机能量传递精准模型构建方法，该方法包括如下步骤：首先，将挖掘机能量传递系统分解得到系统模型、子系统模型、部件模型和元件模型；然后，构建元件模型封装为部件模型库，元件模型库和部件模型库形成子系统模型；对子系统模型建立液压挖掘机能量传递系统模型；然后，开展部件台架试验，基于台架试验获取关键模型的修正参数，最后，开展在役运行数据采集与特征参数提取，融合台架试验数据与在役运行数据，采用优化算法进行系统级模型修正与验证，构建液压挖掘机能量传递精准模型。本发明所构建的能量传递模型具有层次化、可重用和可扩展性，极大提高建模效率；且能够更加精准、真实反映能量传递关系，有利于液压挖掘机能耗分析与节能降耗。

技术领域

本发明涉及液压挖掘机系统建模技术领域，尤其涉及一种基于Modelica的液压挖掘机能量传递精准模型构建方法。

背景技术

挖掘机是一种按照一定顺序、间歇地或连续地进行挖掘、装载和平整作业的工程机械，广泛应用于工业和民用建筑，道路建设和市政工程等土石方施工中，在工程机械中占据着重要地位，因此，对液压挖掘机进行能量传递仿真分析和优化控制就显得尤为重要。由于液压挖掘机是一种非常复杂的工程机械，涉及了机械、液压和控制等多领域相关知识，现有的建模和仿真方法通常采用不同的软件平台针对特定的领域进行建模和仿真，如采用三维仿真软件Pro/E或Solidworks建立挖掘机机构实体模型，并将其导入ADAMS中进行机构的动力学和运动学仿真，研究挖掘机动臂、斗杆、铲斗等的负载特性；采用AMESim仿真软件构建液压泵、液压阀和液压执行机构等液压部件模型和系统模型，研究不同模型参数下的系统响应；采用MATLAB/Simulink对挖掘机动力系统模块、液压泵模块、负载模块物理连接建立模型，并采用优化控制算法实现节能控制系统仿真。此外，为实现挖掘机机械、液压、控制多领域联合仿真，基于以上单领域仿真软件建立的模型之间需提供仿真所需的相互接口，然而基于接口的联合仿真方式存在以下问题：一是在联合仿真中要求在建模时实现系统领域或模型之间的解耦，对于多领域耦合系统可能影响模型的逼真度甚至难以仿真系统的某些行为特性；二是联合仿真会显著降低仿真求解的效率和精度，甚至导致求解失败。

Modelica作为物理系统多领域统一建模的语言规范，具有开放的、面向对象的、基于方程的、层次化和可拓展的特点，适用于大规模复杂异构物理系统建模，包括机械、电子、液压、热流、控制及面向过程的子系统模型，且支持基于流变量和势变量接口的功率键合图的接口表示方式，极大的有利于挖掘机能量传递系统模型构建。

模型的精准度是进行液压挖掘机能耗有效分析，实现节能降耗的前提和基础。精准模型包含模型的准确性与精确性，精确性是指模型输出值密集，离散度低；准确性是指模型输出与实际工况下部件输出值误差小。传统仿真分析中，由于缺乏在役运行数据的支撑，模型参数是由部件台架试验数据拟合得到，仅能反映模型的精确性，与实际工况下模型存在偏离，准确度低；由于在役运行数据存在随机性误差，通过统计分析得到的模型参数，准确度高，但精确度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Modelica的液压挖掘机能量传递精准模型构建方法，通过采用多领域统一建模Modelica语言的建模方式，所构建的能量传递系统具有层次化、可重用和可扩展性，极大提高建模效率，且融合台架试验数据和在役运行数据进行模型参数修正，所构建的能量传递模型能够更加精准、真实反映能量传递关系，有利于液压挖掘机能耗分析与节能降耗。

本发明采用如下技术方案：

一种基于Modelica的液压挖掘机能量传递精准模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将挖掘机能量传递系统分解，得到模型库架构，该模型库架构由顶层到底层依次包括系统模型、子系统模型、部件模型和元件模型。