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1、(10)申请公布号 CN 102663194 A(43)申请公布日 2012.09.12CN102663194A*CN102663194A*(21)申请号 201210110818.X(22)申请日 2012.04.16G06F 17/50(2006.01)(71)申请人三一重型装备有限公司地址 110027 辽宁省沈阳市经济技术开发区燕塞湖街31号(72)发明人闫炳雷 赵中奇 杨文林 马璐高广东(54) 发明名称一种掘进机联合仿真方法及其模型(57) 摘要本发明提出了一种掘进机联合仿真方法及其模型，该方法包括：利用三维建模软件建立掘进机三维实体模型；将掘进机三维实体模型导入到动力学分析软件中。
2、，建立掘进机结构数字化模型；利用液压系统分析软件建立掘进机液压系统数字化模型；利用控制系统分析软件建立掘进机控制系统数字化模型；以所述控制系统分析软件与所述液压系统分析软件中的一个为平台，生成与另两个的接口模块，通过该接口模块将掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型连接并进行信息交互，构成掘进机联合仿真模型。本发明建立掘进机机电液联合仿真平台，发挥各个软件各自的优势，可以进行掘进机的动力学分析、液压和控制系统的设计及优化。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书。
3、 4 页 附图 2 页1/1页21.一种掘进机联合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：利用三维建模软件建立掘进机三维实体模型；将所述掘进机三维实体模型导入到动力学分析软件中，建立掘进机结构数字化模型；利用液压系统分析软件建立掘进机液压系统数字化模型；利用控制系统分析软件建立掘进机控制系统数字化模型；以所述控制系统分析软件为平台，生成与所述动力学分析软件及液压系统分析软件连接的接口模块，或以所述液压系统分析软件为平台，生成与所述动力学分析软件及控制系统分析软件连接的接口模块，通过该接口模块将所述掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型连接并进行信息交互，构成掘进机。
4、联合仿真模型。2.根据权利要求1所述的掘进机联合仿真方法，其特征在于，所述建立掘进机结构数字化模型包括定义所述掘进机三维实体模型各零部件的相关属性和参数，该属性和参数包括零部件的材料、质量、转动惯量以及零部件之间的运动约束和激励。3.根据权利要求1或2所述的掘进机联合仿真方法，其特征在于，所述三维建模软件包括PRO/E、AutoCAD或SolidWorks。4.根据权利要求1或2所述的掘进机联合仿真方法，其特征在于，所述动力学分析软件包括RecurDyn或ADAMS。5.根据权利要求1或2所述的掘进机联合仿真方法，其特征在于，所述液压系统分析软件包括AMESim。6.根据权利要求1或2所述的掘。
5、进机联合仿真方法，其特征在于，所述控制系统分析软件包括Simulink。7.一种掘进机联合仿真模型，其特征在于，包括在动力学分析软件中建立的掘进机结构数字化模型、在液压系统分析软件中建立的掘进机液压系统数字化模型以及在控制系统分析软件中建立的掘进机控制系统数字化模型，在所述控制系统分析软件或液压系统分析软件中设有与所述动力学分析软件、液压系统分析软件和控制系统分析软件中的另两个对应的接口模块，该掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型通过该接口模块建立连接并进行信息交互。权 利 要 求 书CN 102663194 A1/4页3一种掘进机联合仿真方法及其模型技术领。
6、域0001 本发明涉及机械仿真领域，具体地说，是涉及一种掘进机联合仿真方法及其模型。背景技术0002 掘进机是煤矿巷道掘进的主要机械设备，是一个集机械、液压和控制一体化的复杂系统。在研发设计过程中经常出现大大小小的失误或设计不能达到最优，按照传统的设计理念，制造出物理样机后在对其进行反复的实验改进，势必造成研发周期长，产品成本高，占用资金多，企业竞争力低。因此在制造物理样机之前，有必要先建立一个数字化样机系统，测试整个系统的性能是否满足要求，提早发现系统设计的失误与不足加以改进，这样既能缩短掘进机的开发周期，最大限度地降低研发成本，又可以有效的提高掘进机的性能。目前掘进机设计过程中的仿真分析都。
7、是应用单一的软件对单一的系统进行仿真分析，不能模拟掘进机机电液的联合系统，不能很好的研究机械、液压和控制系统的相互匹配和整机的性能。发明内容0003 为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明提供一种掘进机联合仿真方法及其模型，该方法将机械系统多体动力学分析软件、液压系统分析软件和控制系统分析软件联合在一起，建立掘进机机电液联合仿真模型，发挥每个软件各自的优势，可以进行掘进机的动力学分析，液压和控制系统的设计及优化。0004 本发明是采用如下技术方案来实现上述目的的：0005 一种掘进机联合仿真方法，包括以下步骤：0006 利用三维建模软件建立掘进机三维实体模型；0007 将所述掘进机三维实体模。
8、型导入到动力学分析软件中，建立掘进机结构数字化模型；0008 利用液压系统分析软件建立掘进机液压系统数字化模型；0009 利用控制系统分析软件建立掘进机控制系统数字化模型；0010 以所述控制系统分析软件为平台，生成与所述动力学分析软件及液压系统分析软件连接的接口模块，或以所述液压系统分析软件为平台，生成与所述动力学分析软件及控制系统分析软件连接的接口模块，通过该接口模块将所述掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型连接并进行信息交互，构成掘进机联合仿真模型。0011 进一步的，所述建立掘进机结构数字化模型包括定义所述掘进机三维实体模型各零部件的相关属性和参数，。
9、该属性和参数包括零部件的材料、质量、转动惯量以及零部件之间的运动约束和激励。0012 进一步的，所述三维建模软件包括PRO/E(Pro/Engineer)、AutoCAD(Auto Computer Aided Design)或SolidWorks。说 明 书CN 102663194 A2/4页40013 进一步的，所述动力学分析软件包括RecurDyn(Recursive Dynamic)或ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)。0014 进一步的，所述液压系统分析软件包括AMESim(Advanced Modeling。
10、 Environment for Simulation of engineering)。0015 进一步的，所述控制系统分析软件包括Simulink。0016 一种掘进机联合仿真模型，包括在动力学分析软件中建立的掘进机结构数字化模型、在液压系统分析软件中建立的掘进机液压系统数字化模型以及在控制系统分析软件中建立的掘进机控制系统数字化模型，在所述控制系统分析软件或液压系统分析软件中设有与所述动力学分析软件、液压系统分析软件和控制系统分析软件中的另两个对应的接口模块，该掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型通过该接口模块建立连接并进行信息交互。0017 本发明采用。
11、联合仿真方法将多体动力学分析软件、液压系统分析软件和控制系统分析软件三个专业的软件联合在一起，建立掘进机数字化样机的机电液系统的联合仿真模型，可以充分利用各个软件优秀的求解器，发挥各个软件在各自领域内的优势，使掘进机联合仿真模型的仿真运行更接近于实际的物理样机，增加了仿真结果的准确度，进而使得对掘进机的动力学分析、液压和控制系统的设计及优化更准确可靠。附图说明0018 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可。
12、以根据这些附图获得其他的附图。0019 图1为本发明所述掘进机联合仿真方法流程框图；0020 图2为本发明所述掘进机联合仿真模型原理框图；0021 图3为本发明实施例一所述掘进机截割臂升降系统的联合仿真模型示意图。具体实施方式0022 图1为本发明所述掘进机联合仿真方法流程框图，如图中所示，本发明所述的掘进机联合仿真方法包括：利用三维建模软件建立掘进机三维实体模型；将所述掘进机三维实体模型导入到动力学分析软件中，建立掘进机结构数字化模型；利用液压系统分析软件建立掘进机液压系统数字化模型；利用控制系统分析软件建立掘进机控制系统数字化模型；然后以所述控制系统分析软件与所述液压系统分析软件中的一个为。
13、平台，生成与所述动力学分析软件、液压系统分析软件及控制系统分析软件中的另两个的接口模块，通过该接口模块将所述掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型连接并进行信息交互，构成掘进机联合仿真模型。其中，建立掘进机结构数字化模型、建立掘进机液压系统数字化模型和建立掘进机控制系统数字化模型这三个过程不分先后。0023 图2为本发明所述掘进机联合仿真模型原理框图，如图中所示，本发明所述的掘进机联合仿真模型，包括在动力学分析软件中建立的掘进机结构数字化模型、在液压系统说 明 书CN 102663194 A3/4页5分析软件中建立的掘进机液压系统数字化模型以及在控制系统分析软。
14、件中建立的掘进机控制系统数字化模型，在所述控制系统分析软件或液压系统分析软件中设有与所述动力学分析软件、液压系统分析软件和控制系统分析软件中的另两个对应的接口模块，该掘进机结构数字化模型、掘进机液压系统数字化模型和掘进机控制系统数字化模型通过该接口模块建立连接并进行信息交互。0024 下面将结合具体实施例及其附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。0025 实施例一0026 本实施例中，以RecurDyn(Re。
15、cursive Dynamic)为动力学分析软件，以AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering，即多学科领域复杂系统建模与仿真平台)为液压系统分析软件，以Simulink为控制系统分析软件，来建立掘进机截割臂升降系统的联合仿真模型，结合图3，其具体方法如下：0027 步骤一：利用Pr/oE软件建立掘进机截割臂升降系统三维实体模型，将截割臂和回转台分别简化成一个刚体；0028 步骤二：把步骤一所建立的三维实体模型导入到RecurDyn中，定义截割臂和回转台的材料、质量和转动惯量，定义回转台为固定约束，回转台。
16、与截割臂之间定义为旋转副，液压缸与截割臂和回转台之间定义为旋转副，活塞杆和缸筒定义为滑动副，定义运动副之间的阻尼和摩擦力，从而完成动力学分析模型的建立；0029 步骤三：在RecurDyn中通过RecurDyn/Control模块建立RecurDyn与Simulink的连接，定义两个输入为两个液压缸输出的力Force1和Force2，分别作用于截割臂与液压缸的铰点，定义两个输出为两个液压缸位移Disp1和Disp2，并生成可执行M文件；0030 步骤四：利用AMESim设计掘进机截割臂升降液压系统，建立AMESim与Simulink的连接，输入为两个液压缸输出的力F1和F2，输出为电磁阀的控制。
17、信号SV和两个液压缸的位移X1和X2，并运行生成Simulink可以直接调用的S函数；0031 步骤五：在Simulink中利用“S-Function”模块，生成AMESim与Simulink的接口模块；在MATLAB命令窗口中输入M文件名，然后再输RDLIB，即可生成RecurDyn与Simulink的接口模块；然后将RecurDyn输出的位移与期望位移进行比较，通过PID控制器控制电磁阀实现截割臂位置闭环反馈控制，从而建立完整的截割臂升降机电液联合仿真模型。0032 实施例二0033 本实施例中，以ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical。
18、 Systems，即机械系统动力学自动分析)为动力学分析软件，以AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering，即多学科领域复杂系统建模与仿真平台)为液压系统分析软件，以Simulink为控制系统分析软件，来建立掘进机截割臂升降系统的联合仿真模型，具体方法如下：0034 步骤一：利用Pro/E软件建立掘进机截割臂升降系统三维实体模型，将截割臂和回转台分别简化成一个刚体；0035 步骤二：把步骤一所建立的三维实体模型导入到ADAMS中，定义截割臂和回转台说 明 书CN 102663194 A4/4页6的材料、质。
19、量和转动惯量，定义回转台为固定约束，回转台与截割臂之间定义为旋转副，液压缸与截割臂和回转台之间定义为旋转副，活塞杆和缸筒定义为滑动副，定义运动副之间的阻尼和摩擦力，从而完成动力学分析模型的建立；0036 步骤三：在ADAMS中建立与AMESim的接口，定义两个输入为两个液压缸输出的力Force1和Force2，分别作用于截割臂与液压缸的铰点，定义两个输出为两个液压缸位移Disp1和Disp2；0037 步骤四：利用Simulink建立截割臂升降位置控制系统，利用“S-Function”模块建立与AMESim的接口；0038 步骤五：利用AMESim设计掘进机截割臂升降液压系统，在AMESim中利用“Interface Block”建立与ADAMS和Simulink的接口模块，然后连接成完整的联合仿真模型进行仿真分析。0039 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说 明 书CN 102663194 A1/2页7图1说 明 书 附 图CN 102663194 A2/2页8图2图3说 明 书 附 图CN 102663194 A。