Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

Programovatelné automaty, průmyslové počítače, jednotky I/O, bezpečnostní systémy

celé číslo

Simulování hydraulických soustav: Simhydraulics 1.0

číslo 10/2006

Simulování hydraulických soustav: Simhydraulics 1.0

Firma Humusoft uvedla na český trh nový softwarový produkt Simhydraulics firmy Mathworks, který rozšiřuje základní možnosti modelování fyzikálních procesů v prostředí Simulink o komponenty určené k modelování a simulaci hydraulických a hydromechanických soustav. Tento produkt umožňuje vytvářet vícedoménové systémy, v nichž jsou vzájemně propojeny hydraulické i mechanické prvky. Mezi jeho hlavní rysy patří síťový přístup k modelování – model vzniká propojením komponent (bloků) přímo odpovídajících fyzickým prvkům skutečných systémů do sítě, ve které spojení mezi prvky odpovídá přenosu energie v systému. Výhodou síťového přístupu je možnost modelovat soustavy přímo popisem jejich fyzické struktury bez nutnosti odvozování matematických vztahů mezi sledovanými veličinami (obr. 1).

Obr. 1.

Obr. 1. Jednoduchý model vytvořený v Simhydraulics – hydromechanická soustava s čerpadlem, trojcestným ventilem a hydraulickým přímočarým pohonem

Vlastní modelování a následné simulace se odehrávají v prostředí Simulink a spolupracují s programem Matlab – Simhydraulics tedy tyto dva programy ke své funkci nutně vyžaduje. Hydraulické smyčky lze definovat stejně jako jiná schémata v Simulinku a grafická symbolika použitá k definování sítě odpovídá standardům normy ISO 1219 Hydraulika a pneumatika – Grafické značky a obvodová schémata.

Pro nejběžnější použití je k dispozici knihovna hydraulických komponent a dalších subsystémů poskytujících potřebná rozhraní k začlenění bloků Simhydraulics do dalších simulinkových schémat. Obsaženo je zde více než 75 hydraulických a mechanických komponent, včetně pump, čerpadel, ventilů nebo potrubí. Součástí jsou i základní mechanické a matematické bloky. Kromě základní knihovny komponent jsou k dispozici i další dvě knihovny – knihovna stavebních bloků pro tvorbu vlastních komponent a modifikovatelná knihovna pracovních kapalin.

Při použití s produkty Simmechanics, Simdriveline a Simpowersystems tak Simhydraulics otevírá možnost modelování komplexních interakcí působících v rámci vzájemně propojených hydromechanických a hydroelektrických systémů. Je možné ho využít nejen v automobilovém průmyslu, letectví, k návrhu průmyslových zařízení, ale i v dalších průmyslových oborech (modelování automatických převodovek, pohonů v těžké manipulační nebo stavební technice atd.).

Simhydraulics a Simulink

Pomocí Simhydraulics lze sestavit model systému klasickým „simulinkovým„ postupem, který je obdobný realizaci skutečného systému – tj. propojením jeho jednotlivých částí. Z vytvořeného síťového schématu Simhydraulics automaticky sestavuje množinu rovnic charakterizující chování celé soustavy. Tyto rovnice postoupí do Simulinku, kde jsou integrovány do simulinkového modelu.

Standardní simulinkové bloky definují přenosy mezi vstupem a výstupem systému, což sice nabízí praktické řešení problémů řízení, ale modelování interakcí v rámci hydraulického systému vyžaduje širší přístup. Příkladem budiž klasický jednosměrný tok signálu, který je vhodný pro řízení, ale ne pro modelování toku kapaliny v hydraulickém systému, kde se změny tlaku i toku mohou šířit více směry. Přesto lze se Simhydraulics díky implementovanému rozlišení typů signálů na signály fyzikální (hydro-mechanické) a klasické simulinkové spolu s kombinací různých rozhraní snadno a úspěšně vytvořit hydromechanický model. Řídicí systém lze vytvořit obdobně jako klasický blok s jednosměrným tokem signálu. Celý systém se potom připojí k soustavě namodelované za pomoci prostředků Simulinku, popř. pomocí jiných specializovaných částí Simhydraulics.

Vícedoménové modelování v Simulinku

Výchozí knihovna Simhydraulics obsahuje nejen základní prvky hydraulických a mechanických komponent, ale i specializované nástroje určené pro vytváření a zpracovávání fyzikálních interakcí. Tyto bloky mohou být kombinovány a tak lze sestavit modely nových subsystémů.

U bloků hydraulických komponent je pamatováno i na změny tlaku a průtoku ve vztahu k takovým fyzikálním jevům projevujícím se v hydraulických systémech, jakými jsou třeba stlačitelnost kapalného média, jeho setrvačnost či mechanické tření. Některé z nich jsou zároveň schopny realizovat přenos energie mezi její hydraulickou a mechanickou formou, modelovat tok tryskami apod. Mechanické díly z knihovny Simhydraulics reprezentují jednorozměrný posuvný či rotační pohyb, přičemž hodnoty jejich proměnných jsou v průběhu simulace určovány simultánně s hydraulickými proměnnými.

Pro zprostředkování spojení modelů Simhydraulics s propracovanějšími mechanickými modely, získanými za pomoci dalších, k modelování mechanických soustav lépe přizpůsobených produktů společnosti Mathworks (Simmechanic nebo Simdriveline), jsou k dispozici bloky mechanických senzorů a akčních členů.

Sestavování vlastních hydraulických komponent

Zvláštní součástí Simhydraulics je i knihovna základních hydraulických dílů, z nichž lze vytvářet modely vlastních komponent. K dispozici jsou ventily, akční členy a čerpadla, které umožňují sestavit reálné i ideální hydromechanické převodníky. Realizovat lze i složité prvky, jako např. modely hydraulických motorů nebo fixních či variabilních tlakem kompenzovaných objemových čerpadel. Knihovna dílů Simhydraulics obsahuje také dva základní modely potrubí, které dovolují začlenit do simulace i vliv stlačitelnosti kapaliny, tlakové ztráty v důsledku tření či hydraulické rázy. Tlakové ztráty v kolenech nebo způsobené změnami průřezu potrubí lze simulovat pomocí bloků lokálních odporů.

Modelování pracovních kapalin

Každý topograficky oddělený hydraulický okruh vyžaduje přiřazení právě jedné pracovní kapaliny, k čemuž se využívá připojení symbolického bloku kapaliny. Toto řešení umožňuje jednoduše zvolit i snadno změnit typ pracovního média. Změna druhu pracovní kapaliny ovlivňuje celkové parametry celého systému a při změně druhu média jsou proto příslušné úpravy propagovány do všech bloků hydraulického okruhu. Kromě definování kapaliny přímým zadáním jejích parametrů (hustota, viskozita atd.) je k dispozici i možnost výběru z předem definovaných osmnácti typů kapalin (Skydrol LD4, HyJet 4A, kapalina MILF83828 aj.) a automatického určení zbývajících vlastností zvoleného média na základě zadané teploty a množství obsaženého vzduchu.

Další informace

Kromě SimHydraulics 1.0 pro Microsoft Windows nabízí Mathworks verzi 1.0 tohoto produktu i pro Unix/Linux a Macintosh. Další informace o sadě softwaru Simhydraulics mohou zájemci získat např. na stránkách společnosti Humusoft (http://www.humusoft.cz/matlab/moduly/simhydraulics.htm) nebo u firmy Mathworks (http://www.mathworks.com/products/simhydraulics).

(pb)