“基于模型的设计为传动系统和其他复杂机电金宝app系统的设计提供了系统方法。基于动态物理模型模拟和最优控制器的详细设计方案分析，使我们能够在设计阶段的早期做出明智的决策。”
Kristof Berx, FMTC
弗兰德斯机电一体化技术中心(FMTC)是比利时北部领先机电一体化公司的合作研究中心。FMTC工程师在四个重点领域完成联合项目和研究任务:智能传感器、自优化机电系统、节能机电传动系统和基于模型的机电系统设计。这些项目利用新技术和工作流程来开发未来的机器。
在一个这样的项目中，FMTC工程师使用MATLAB®,仿金宝app真软件®和Simscape™来设计和优化混合动力液压传动系统。
FMTC项目经理Gregory Pinte表示:“Simscape使超级电容器和液压蓄能器轻松集成到我们的静液压传动系统模型中，以测试存储制动能量的影响。”模拟使我们能够评估混合设计的能源效率，优化我们的控制器，并获得有价值的见解，我们与我们的成员公司分享。”
FMTC需要比较混合动力液压传动系统中不同储能元件的性能，以确定考虑安装和持续的燃料成本，哪种储能元件的总拥有成本(TCO)最低。FMTC工程师在他们的实验室里有一个标准的静压传动系统，但是将储能元件直接集成到这个装置中进行测试需要几个月的时间。FMTC团队希望通过建模和仿真来加速设计和优化。
为了对储能元件进行公平的比较，FMTC必须开发控制系统，以控制通过新架构的传动系统的最佳功率流，然后根据一些负载场景的模拟确定所考虑的每个元件的最佳设计。
FMTC工程师利用基于模型的设计，设计、优化和评估了混合动力液压传动系统的替代方案。
利用Simu金宝applink和Simscape，他们为典型静液传动系统中的每个组件开发了模型，包括驱动电机、液压泵、液压马达和扭矩负载。
对于每个组件，团队都在实验室进行了实验，测量扭矩、速度和压力。他们使用基于MATLAB和Optimization toolbox™开发的工具箱，根据这些测量数据估计模型参数。然后，他们开发了将压力、速度和冲程容积与能源效率映射的查找表。
该团队还估计了内部惯性、时间延迟和其他参数，以便使用Simulink和Simscape更准确地模拟组件的动态行为。金宝app
然后，工程师根据组件模型构建系统模型，将其与Simscape fluid™的阀门、液压阻力和其他液压回路元件连接起来。
他们通过在Simulink中运行仿真，并将结果与整个传动系统的测量结果进行比较，验证并改进了系统模型。金宝app
一旦他们有了传动系统的精确模型，团队就开发了两个储能组件的Simscape模型:一个是带有DC-DC转换器的超级电容器，一个是带有相关阀门和线路的液压蓄能器。
他们将这些组件分别集成到系统模型中，并使用内部方法在MATLAB中为两种混合动力传动系统开发和实现最优控制算法。这些控制算法计算传动系统部件的设置，如液压泵和电机的斜盘角度。
然后，该团队在Simulink中对一系列电容器类型和蓄能器尺寸进行了闭环模拟，估算每种配置的TCO。金宝app
FMTC计划使用Simulink C金宝appoder™从其工厂模型中生成代码，以支持实时硬件在环测试。金宝app
燃料使用减少了25%．Pinte表示:“在Simuli金宝appnk中进行的仿真表明，由于泵和直流变换器中的额外能量损失，基于电存储元件的混合静压传动系统的效率低于基于液压存储元件的混合静压传动系统。“这是一个意想不到的结果，也是一个全新的见解。效率的提高降低了25%的燃料消耗。”
分析时间缩短了75%．FMTC的项目工程师Kristof Berx说:“我们估计，为每个模拟的配置构建一个物理原型需要大约200天的努力。”借助Simu金宝applink和Simscape，我们在大约50天内完成了分析，并且我们能够评估一系列电容器和蓄能器的尺寸，而不需要额外的成本。”
总拥有成本降低了15%．Berx表示:“仿真结果表明，我们采用基于模型的设计方法设计和优化的混合动力静压传动系统比标准静压传动系统的燃油效率高出25%左右，TCO降低15-20%。”
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