Документация

Моделирование силовых модулей

Степень модуля, пожалуй, является наиболее распространенным модулем в гидравлических системах. Его основной функцией является подача необходимого количества жидкости под заданным давлением. Существует большое разнообразие проектов силовых модулей, варьирующихся в зависимости от количества и типа насосов, первичных двигателей, клапанов, баков и т.д. Набор блоков, доступных в Simscape™ Fluids™ библиотеках, позволяет моделировать практически любую из этих строений. В этом разделе рассматриваются основные подходы к симуляции степени модули и примеры типичных схем.

Типовой силовой модуль гидравлической системы, как показано на следующем рисунке, состоит из насоса постоянного или переменного объема, резервуара, клапана сброса давления и первичного двигателя, который управляет гидравлическим насосом.

При разработке модели силового модуля необходимо достичь компромисса между робастностью, скоростью симуляции и точностью, что означает, что модель должна быть максимально простой, чтобы обеспечить приемлемую точность в рабочей области значений переменных параметров.

Первая опция состоит в том, чтобы симулировать степень модуля буквально, как это есть, воспроизводя все его компоненты. Этот подход проиллюстрирован в примере управления насосом с обратной связью с гибким валом. Силовой модуль состоит из насоса постоянного объема, который приводится в действие двигателем через совместимую передачу, клапана сброса давления и отверстия переменного сечения, которое имитирует расход жидкости системы. Модель электродвигателя представлена как источник вращающегося вала скорости вращения на 188 рад/с при нулевом крутящем моменте. Нагрузка на валу уменьшает скорость с коэффициентом скольжения 1,2 (рад/с )/Нм. Нагрузка на ведущий вал измеряется датчиком крутящего момента. Вал между двигателем и насосом принимается совместимым и моделируется вращательной пружиной и демпфером.

Симуляция начинается с открытия отверстия переменного сечения, что приводит к низкому давлению в системе и максимальной скорости потока жидкости перехода в систему. Отверстие начинает закрываться с 0,5 с и полностью закрывается с 3 с. Выходное давление накапливается до тех пор, пока не достигнет значения давления предохранительного клапана (75e5 Pa) и поддерживается на этом уровне клапаном. На 3 с отверстие переменного сечения начинает открываться, таким образом возвращая систему в ее начальное состояние.

Можно реализовать значительно более сложную модель простого движителя, следуя шаблону, используемому в примере. Например, вал может быть представлен с несколькими сегментами и промежуточными подшипниками. Модель первичного двигателя может быть более комплексной, с учетом его типа (электродвигатель постоянного или переменного тока, дизельный или бензиновый двигатель), характеристик, типа управления и так далее. Кроме того, комплексная механическая коробка передач, управляемая дизельным или бензиновым двигателем внутреннего сгорания, смоделированная с использованием программного обеспечения Simscape Driveline™, может быть объединена с моделью Simscape Fluids гидравлической части силового агрегата.

В зависимости от вашего конкретного применения, вы можете упростить модель силового модуля практически без потери точности. Основными факторами, которые должны быть рассмотрены в этом процессе, являются величина изменения угловой скорости ведущего вала и область значений изменения давления системы. Если скорость вращения первичного двигателя остается практически постоянной в течение моделируемого времени или изменяется незначительно относительно ее установившегося значения, вся подсистема ведущего вала может быть заменена на Идеальный Исходный блок Скорости вращения, выход которого установлен на установившееся значение, как показано на следующем рисунке.

Кроме того, если производительность насоса в любое время превышает требования системы к жидкости, выходное давление насоса остается практически постоянным и близким к установке давления клапана сброса давления. Если это предположение верно и приемлемо, весь силовой модуль может быть сведен к идеальному блоку Источника Гидравлического Давления, как показано на следующем рисунке.

Два предыдущих примеров демонстрируют, что использование идеальных источников является мощным средством уменьшения сложности моделей. Тем не менее, вы должны проявлять крайнюю осторожность каждый раз, когда вы используете идеальный источник вместо реального насоса. Подстановка возможна только при наличии гарантии того, что управляемый параметр (скорость вращения в первом примере и давление во втором примере) остается постоянным. Если это не так, степень модуля, представленная с идеальным источником, сгенерирует значительно больше степени, чем его моделируемый физический аналог, что делает результаты симуляции неправильным.