机械系统开关类元件的混合键合图建模

胡均平，李科军

机械系统开关类元件的混合键合图建模

胡均平，李科军

(中南大学机电工程学院，湖南长沙，410083)

针对键合图难以表达机械系统开关类元件的非线性动力学问题，以常见的干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动为研究对象，通过分析其作用机理，引入开关类量的混合键合图建模方法，运用功率结型结构(简称SPG)概念，提出一种新的开关类元件键合图建模方法和键合图模型。以包含干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动的机械系统为例，根据开关类元件的键合图模型，结合机械传动的工作原理，建立整个系统的键合图模型，提取其状态方程，并通过仿真计算予以验证。研究结果表明：该模型不仅可以统一表达开关类元件在系统不同工作模式下的动力学特性，而且其因果关系在系统处于任何运动状态时均保持不变；仿真结果验证了建模方法正确、可行。

机械系统；开关类元件；混合键合图；功率结型结构；因果关系

20世纪60年代初，PAYNTER提出键合图建模理论[1]。与其他动力学建模方法相比，该建模理论具有以下显著特点：可统一处理机、电、液等多能域并存的系统；用简明的图形符号描述系统的能量结构；以规则化的方式推导出系统状态方程，便于计算机自动建模。由于键合图建模的多能域特性以及上述优点，使得键合图在复杂机电系统[2−3]、化学[4]、故障检测[5−6]、核能系统[7]、热力学[8−9]等多个领域得到应用。目前，制约键合图理论发展的主要问题有：快速求解多维非线性微分方程全局数值解的计算方法；……