基于Modelica的硫化机液压传动系统仿真

    硫化机是轮胎制造的关键设备之一,直接影响成品轮胎的质量和性能。近年来,液压硫化机由于具有定位精度高、单位功率质量轻和设备运行平稳等优点越来越受到轮胎厂商的重视。针对液压硫化机的研究和仿真分析也越来越多。然而在对硫化机液压传动流程进行全过程分析时,系统既有连续的液压动态过程,又包含事件驱动的离散控制,是一个典型的混杂系统。因此,对液压硫化机的仿真分析不可避免地涉及对混杂系统的仿真。

    “混杂系统”一词最早来源于1986年在美国Santa Clara大学召开的高级控制会议,其着眼于研究由连续变量动态子系统和离散事件动态子系统相互作用而构成的一类复杂动态系统。其中,连续子系统的动态特征随时间不断变化,而离散子系统的变迁表现为事件的驱动,二者相互结合,使得混杂系统在整体上体现出离散位置的变迁,局部上体现连续状态的渐进演化[1]。

    混杂系统建模的关键在于如何将离散或逻辑的信息与连续系统模型较为严格地集成于一个统一框架[2]。目前,针对混杂系统的建模仿真主要采用聚合法,即将整个系统看成是离散事件系统的某种扩展,只考虑系统的聚合动态特性,通过对连续系统状态空间进行分区来实现[1]。典型混杂系统建模方法主要有:混杂自动机模型[1],层次结构模型和混杂Petri网模型[3]等。其中文献[3]针对混杂电力系统,将连续的动态数学模型嵌入Petri网中,提出了广义混杂Petri网系统(GeneralizedHybrid PetriNets, GHPN)。

    作者采用混杂系统的GHPN建模方法,并结合机电系统的结构特点,对原模型中元组的定义略加修改,将轮胎硫化机液压传动系统的连续动态与离散事件有机地融合在一个框架下进行统一的描述;而后,通过Modelica中的混杂建模技术建立系统的参数化仿真模型,并进行仿真分析。

    1　硫化机液压传动混杂系统模型构建

    1·1　硫化机液压传动系统分析

    轮胎硫化机液压传动系统主要控制两组液压缸按一定动作顺序完成设备的开合模和锁模运动。实际的液压传动系统,往往包含差动快进回路和锁模增压回路[4]。为了仿真的简洁并不失对系统真实的反应,对液压系统进行简化:用等比例增大锁模油缸面积的方法替代锁模油缸的增压回路,忽略系统中的差动快进回路,开合模油缸的负载简化为质量块重力而锁模油缸负载用大刚度的接触弹簧代替。这样硫化机传动系统的液压回路图就简化成图1。

    忽略电磁阀的动态特性,并考虑卸胎操作时间和硫化时间。则两组液压油缸的动作顺序:首先开合模液压缸完成开模换胎的动作,然后锁模液压缸实现锁模硫化的动作,而后循环运行。设定电磁阀输出1时液压缸向下运动,则开合模和锁模液压缸的动作顺序以及换向阀的控制逻辑如图2所示。