Энергоблок, пожалуй, самый распространенный в гидравлических системах. Его основная функция - подача необходимого количества жидкости под заданным давлением. Существует большое разнообразие конструкций энергоблоков, варьирующихся по количеству и типу насосов, первичных двигателей, клапанов, баков и т.д. Набор блоков, доступных в библиотеках Simscape™ Fluids™, позволяет моделировать практически любую из этих конфигураций. В данном разделе рассматриваются основные подходы к моделированию энергоблоков и примеры типовых схем.
Типичный силовой блок гидравлической системы, как показано на следующей иллюстрации, состоит из насоса с фиксированным или переменным рабочим объемом, резервуара, клапана сброса давления и первичного двигателя, который приводит в действие гидравлический насос.
Типовой гидроагрегат
При разработке модели силового агрегата необходимо достичь компромисса между устойчивостью, скоростью моделирования и точностью, что означает, что модель должна быть максимально простой для обеспечения приемлемой точности в рабочем диапазоне переменных параметров.
Первый вариант - имитировать силовой агрегат буквально, как есть, воспроизводя все его компоненты. Этот подход проиллюстрирован в примере управления насосом с замкнутым контуром с гибким приводным валом. Силовой агрегат состоит из насоса с фиксированным рабочим объемом, приводимого в действие электродвигателем через податливую трансмиссию, предохранительный клапан и регулируемое отверстие, имитирующее расход жидкости в системе. Модель двигателя представлена в виде источника угловой скорости вращения вала при 188 рад/с при нулевом крутящем моменте. Нагрузка на вал уменьшает скорость с коэффициентом проскальзывания 1,2 (рад/с )/Нм. Нагрузка на ведущий вал измеряется датчиком крутящего момента. Предполагается, что вал между двигателем и насосом является податливым и моделируется пружиной вращения и демпфером.
Моделирование начинается с открытия переменного отверстия, что приводит к низкому давлению в системе и максимальному расходу, поступающему в систему. Отверстие начинает закрываться через 0,5 с и полностью закрывается через 3 с. Выходное давление увеличивается до тех пор, пока не достигнет уставки давления предохранительного клапана (75e5 Па) и поддерживается на этом уровне клапаном. Через 3 с регулируемое отверстие начинает открываться, возвращая систему в исходное состояние.
Можно реализовать значительно более сложную модель первичного двигателя, следуя шаблону, используемому в примере. Например, вал может быть представлен множеством сегментов и промежуточных подшипников. Модель первичного двигателя может быть более комплексной, учитывающей его тип (электродвигатель постоянного или переменного тока, дизельный или бензиновый двигатель), характеристики, тип управления и так далее. Кроме того, сложная механическая трансмиссия, приводимая в движение дизельным или бензиновым двигателем внутреннего сгорания, смоделированным с использованием программного обеспечения Simscape Driveline™, может быть объединена с моделью Simscape Fluids гидравлической части силового агрегата.
В зависимости от конкретного применения вы можете упростить модель силового агрегата практически без потери точности. Основными факторами, которые следует учитывать в этом процессе, являются величина изменения угловой скорости приводного вала и диапазон изменения давления в системе. Если угловая скорость первичного двигателя остается практически постоянной в течение моделируемого времени или изменяется незначительно относительно его установившегося значения, вся подсистема приводного вала может быть заменена блоком источника идеальной угловой скорости, выход которого установлен в установившееся значение, как показано на следующей иллюстрации.
Использование идеального блока источника угловой скорости при моделировании блоков питания
Кроме того, если подача насоса всегда превышает требования системы к текучей среде, давление на выходе насоса остается практически постоянным и близким к заданию давления предохранительного клапана. Если это предположение верно и приемлемо, весь блок питания может быть уменьшен до идеального блока источника гидравлического давления, как показано на следующем рисунке.
Использование блока источника гидравлического давления при моделировании энергоблоков
Два предыдущих примера показывают, что использование идеальных источников является мощным средством снижения сложности моделей. Тем не менее, вы должны проявлять крайнюю осторожность каждый раз, когда вы используете идеальный источник вместо реального насоса. Замена возможна только при наличии гарантии того, что регулируемый параметр (угловая скорость в первом примере и давление во втором примере) остается постоянным. Если это не так, блок питания, представленный идеальным источником, будет генерировать значительно больше мощности, чем его имитируемый физический аналог, таким образом делая результаты моделирования неправильными.