CS_5 可视化建模与仿真讲义.ppt

6.1 数字化建模定义 [定义]：数字化建模就是在设备分析的基础上，采用可视化建模技术建立对象可视化模型，采用分布式物理图网建模方法建立对象全状态数字特性模型；通过信息关联技术将对象可视化模型与对象全状态数字化模型的信息关联起来，使得计算机能自动识别设备物理结构、辨识设备运行状态和健康状态、反映设备故障机理。 6 数字化建模－可视化模型与数字特性模型的有机融合 1. 数字化建模的基础－对象分析技术 对象分析技术是仿真建模的技术基础。传统的仿真建模过程一般是从分析实际对象的物理功能、运动原理和运行规律开始，经过大量的假设和推论，从对象功能的角度出发，研究其总体物理运动方程和限制条件，在此基础上再经过抽象和简化，以传递函数、状态方程等形式来描述对象的运动特征。 这种建模方法存在以下缺点： 1）建模过程只是从设备总体功能出发进行分析，而对设备的物理结构分析较少，模型反映的是以建模对象设备为单元的总体运动和功能，很难反映对象本身的内部运动过程； 6 数字化建模 2）没有或很少考虑建模对象的故障特性，模型无法反映设备部件的失效模式、故障机理及故障表征； 3）模型本身的描述方法抽象，模型可理解性差、物理意义不明确； 4）模型不能明确反映对象非线性特征，更无法表达各种定性的非数据信息，因此不能反映对象的全状态特性。 6 数字化建模 传统的建模主要从对象功能作用出发，很少考虑对象的物理结构。实际上，对象所具有的功能作用是设备物理构成的外在表现，功能作用对设备物理构成的 影响是设备设计阶段要考虑的问 题。设备数字化建模过程充分认 识到设备物理构成对设备建模同 样起到关键的作用，因此将设备 物理构成和功能作用放到同等地 位来考虑。 6 数字化建模 对象分析主要包括：面向对象物理构成的结构分析和面向对象功能和性能的特性分析 项目 内容 物理结构分析 对象结构层次、几何关系和结构特性分析等 运动关系分析 对象功能单元的运动原理及其运动范围分析 空间拓扑分析 对象的安装位置、安装方法及其各组成部分间的连接关系分析 失效模式分析 故障发生时各组成部分之间的反应及其对外部的影响分析 结构分析主要内容 6 数字化建模 项目 内容 连接关系分析 分析对象内部和外部的结构连接以及能量流和信息流的转换关系 运动原理分析 分析对象的运动原理和规则，获取定量化分析的状态方程等 输入输出分析 分析确定对象内部之间以及对象本身的输入和输出状态量 故障模式分析 对设备可能的故障模式分类，获取辨识故障模式的特征状态量和状态量的阈值 特性分析主要内容 6 数字化建模 结构分析与特性分析之间的关系 6 数字化建模 2.设备数字化建模的步骤 6 数字化建模 6 数字化建模 3. 数字化建模的关键技术 可视化建模技术 数字特性建模技术 信息分类和统计 信息处理技术 专家系统 6.2 数字化建模 6 数字化建模 1.可视化建模 如前所述 2.数字特性建模 采用分布式物理图网建模方法。该方法是在bond graph建模思想基础上发展来的一种新的系统工程建模思想，它按照实际物理元件划分模型单元，是面向仿真应用人员的一种建模方法，为专业建模人员提供了一种仿真建模系统工程协议。 以主接力器为例，作如下假设： a) 液压油质量及其在管路中的压力损失和动态过程忽略不计； b) 液压油在同一油腔中压力处处相等，油温和容积弹性模量不变； c) 液压油的泄漏是层流运动。 6 数字化建模 根据连续流体运动原理 ： 根据牛顿第二定律 ： 两缸窜油是Cip增加的故障表象； 外漏油是Cep增加反映出来的故障表象； 推拉杆拒动或卡阻是B增加的外在表象。 6 数字化建模 6 数字化建模 3. 数字化建模 设备数字化建模实际上就是设备可视化模型和设备数字特性模型之间的消息映射。 设备可视化模型是设备数字化模型的外在表现形式，而设备数字特性模型是设备数字化模型的支撑算法，这两者的有机融合依赖于特定仿真软件平台和应用程序的支持，目前还没有一个通用的软件平台能达到这种要求。 6 数字化建模 主接力器主要运行消息映射表 消息 可视化模型 数字特性模型 活塞运动 活塞组件位置 xp 液压油压力 缸体左腔液压油颜色和流向 P1 缸体右腔液压油颜色和流向 P2 液压油流量 流进或流出缸体左腔液压油速度 Q1 流进或流出缸体右腔液压油速度 Q2 6 数字化建模 主接力器主要故障状态消息映射表 故障模式消息 可视化模型 数字特性模型 接力器联两缸窜油 活塞环和缸体之间的间隙值 Cip 液压油外漏 推拉杆与接力器前盖之间的间隙值 Cep 推拉杆拒动或卡阻 推拉杆颜色和形状 B 6 数字化建模 7 可视化模型的应用 水电厂维护系统中的应用实例 3). 对象功能知识的表达 结合对象