基于MWORKS的工科课程“专业+思政”案例教学

为了降低及消除在工科高等院校专业课程教学过程中使用国外工业软件的不可靠性,以哈尔滨工业大学本研一体化专业课天线理论与技术课程为例,基于国产工业软件MWORKS进行国外软件替代工作。通过教学过程中对国外国内两种软件的主要用户需求功能响应度进行对比,证明了两种软件的响应度功能均衡性,并通过两种软件的主要运行结果证明了国外软件的可替代性;为了建立国产软件的良好应用生态,通过引入“专业+思政”的课程思政教学案例,最终实现“专业+思政+进口软件替代”相结合的课程思政教学效果,不仅替代了软件,而且教育了软件的潜在高端用户。开展2022秋—2023春两个学期共3门不同层次的天线课程教学实践,覆盖了哈尔滨工业大学天线课程群多个层次的专业学生,国产软件应用获得了良好的教学效果和使用效果,为国产软件MWORKS替代国外软件奠定了应用生态基础。

基于MWorks的自动器-管路系统动态特性仿真

自动器是液体火箭发动机中用于调控工作过程的关键组件,其稳定性直接关系到系统的可靠性。为研究自动器管路系统的参数对系统动态特性的影响,根据液体火箭发动机系统中流量调节器、单向阀两种典型自动器的工作原理,基于国产自主化系统仿真软件平台MWorks,采用Modelica语言搭建流量调节器—管路系统和单向—管路系统模型,并分别开展了频域特性和时域特性仿真求解。考虑到MWorks以时间为仿真变量,为实现频域特性求解,将拉氏算子设置为全局变量,并通过拉氏算子与频率的关系以及频率随仿真时间变化的函数,得到频域参数随频率的变化曲线。结果表明:在MWorks中可通过以拉氏算子为变量的陈述式方程或传递矩阵形式的频域数学模型来构建液体火箭发动机组件频域模型,并可通过组件连接的方式完成系统动态特性仿真,且仿真结果满足精度需求。

基于MWORKS的GNSS导航电文建模与仿真

导航卫星信号的仿真系统可以模拟实际条件下多个卫星的信息,在接收机各项特性的测量方面起到了关键作用,降低了接收机的研制成本,提高了研制效率。导航电文是导航卫星定位系统的重要基础信息,其精度直接关系到定位系统的准确性。在此背景下,对4个GNSS导航电文的基本结构与内容进行研究,先后构建4个GNSS导航电文系统仿真模块,并通过国产软件MWORKS对各个系统的导航电文进行模拟,获取某一时段内播发的二进制电文信息,并将其译码得出的数据与原始参数进行比较,发现其误差数量级远小于原始参数,验证了电文编译的准确性。

Modelica/MWorks的盾构液压推进系统建模与仿真

盾构推进系实现了盾构机的前进及转弯功能。针对盾构推进系统的结构特点,对系统中的各元器件进行原理结构分析并建立数学模型。基于Modelica语言在多领域仿真平台MWorks中建立推进系统动态特性分析的通用模型组件库,对推进系统的仿真模型进行动态特性分析。分析结果表明,换向过程中系统压力出现突变,系统震荡加剧,不利于系统的稳定;而系统中流量的波动变化较小,对系统稳定性影响较弱;减小压力波动对实现系统稳定意义重大。该模型符合盾构机在实际工况下推进系统的工作特性,在模型中能获得时域范围内系统的压力和流量脉动情况。

基于Modelica/MWorks的舰船液压操舵系统建模与仿真

在建立舰船液压操舵系统原件动态数学模型的基础上,利用MW orks软件实现液压能源系统动态特性分析通用模型库的构建。模型库包括长管路动态模型、液压泵数学模型、液压缸数学模型和其他元件如滑阀的数学模型,并根据模型库的元件建立了舰船液压操舵系统方案设计阶段的数理模型,对舰船的液压操舵系统进行了仿真。仿真结果表明,该模型符合实际系统的管路压力和流量脉动特性,在模型中能获得时域范围内系统的流量压力脉动情况。

MWorks与FLUENT的协同仿真方法和实现

Modelica技术难以仿真动态特性在空间上非定常分布的流动、传热和燃烧等复杂问题,因此提出一种基于MWorks与FLUENT的协同仿真方法,设计协同仿真的耦合方式、数据交换机制和仿真架构,利用Modelica外部函数、MWorks仿真用户接口和FLUENT UDF编写协同仿真程序.以某单向阀为研究对象对此协同仿真方法的有效性进行验证.所提出的方法可实现Modelica技术与CFD技术的优势互补,能够为多领域系统仿真提供新的解决方法.

基于Mworks的机械系统仿真实验研究

本文采用Mworks系统的标准件库对双级圆柱齿轮减速器进行了建模仿真,建模过程简捷、仿真效果直观。学生可以直观的在模型中设定系统中电机转速、力矩、齿轮传动比等参数,通过仿真系统自动得到不同设计结果,让学生学习复杂机械产品不断优化的设计过程。

基于MWorks的定速风力发电系统建模与仿真研究

对风力发电系统的建模与仿真研究,是理解风力发电系统原理、优化风电机组的设计、制造及运行的关键环节。文中把面向物理对象的建模方法引入复杂的、涉及多领域、多学科的风力发电系统仿真建模,以定速风力发电机组为例,采用基于Mode lica语言的仿真软件MW orks搭建了定速风力发电机系统的仿真模型库,并进行了仿真研究,得到发电机功率、发电机转子转速、发电机电磁转矩、风力机转速、发电机输出电压和输出电流等重要参数曲线。

Mworks与Simulink仿真在风力发电系统中的应用分析

风能储量巨大,无论是从丰富的风能资源和新能源需求的角度,还是从环境保护和政策要求来看,中国都应加快风电产业的发展。研究风力发电系统关键在于建模。本文通过介绍目前主流的Simulink与新推出的Mworks软件,比较现阶段各主流软件在风力发电系统仿真中的不同优势,最后提出Mworks与Simulink仿真的联合具有一定的优越性,未来有较大潜力。

基于MWorks与FlightGear的飞行仿真

民航飞机系统的建模仿真是对完整飞机系统、飞行控制原理的深化理解与应用。本文通过运用非因果建模仿真软件Mworks,以Modelica语言为基础,搭建了民航飞机系统模型,将民机整机系统分为了飞行控制系统、液压系统、环境控制系统和飞机发动机系统四大部分,并通过MWorks的外部导出端口驱动FlightGear对飞机系统进行了实时可视化仿真,有利于通过改变飞机系统部分参数,实现了对飞机的故障仿真与安全分析。仿真结果证明,MWorks建立的民航飞机系统完整,三维可视化效果逼真直观。

基于MWorks与Simulink的联合仿真

针对多领域统一建模和仿真问题,介绍模型耦合、求解器耦合和进程耦合等3种联合仿真途径,从模型的数学原理和软件架构方面研究多领域建模仿真平台MWorks与MATLAB/Simulink之间基于模型耦合的联合仿真,并基于Simulink的S-function和MWorks的COM实现两个建模仿真软件之间的联合仿真.多领域模型实例证明该联合仿真软件有效,可拓展Simulink的应用范围.

基于MWorks的双馈风力发电系统建模与仿真研究

以双馈风力发电机组为例,采用面向物理对象的建模方法,基于Modelica语言的仿真软件MWorks搭建了双馈风力发电系统的仿真模型,得到发电机功率、发电机转子转速、发电机电磁转矩、风力机转速、发电机输出电压和输出电流等重要参数曲线,为风力发电机的研究提供了模型基础。

Application of Modelica/MWorks on modeling,simulation and optimization for electro-hydraulic servo valve system

Electro-hydraulic servo valve is a typical complicated multi-domain system constituted by mechanical, electric, hydraulic and magnetic components, which is widely used in electro-hydraulic servo systems such as construction machinery, heavy equipment, weapon and so forth. The traditional method of modeling and simulation of servo valve is based on block diagram or signal flow, which cannot describe the servo valve system from components level nor be used in modeling and simulation of overall servo systems. In the procedure of traditional method, computational causality must be involved in modeling of servo valve, which is inconvenient to execute modification on components or parameters. Modelica is an object-oriented modeling language which is suited for large, complex, heterogeneous and multi-domain systems. The key features of Modelica are multi-domain, object-oriented and non-causal, which are suitable for modeling of servo valve and make the model readable, reusable, and easy to modify. The simulation results show similar curves with traditional method. This new servo valve modeling and simulation method can provide the engineers a more efficient way to design and optimize a servo valve and an overall servo system.

基于MWorks的移动通信系统仿真可行性与性能分析

MWorks被认为是国产优秀计算和仿真软件,目前已在工业界崭露头角,但其在高校教学和科研中的使用率仍然很低且主要集中在机械控制领域。为弥补实践空白,该文将MWorks用于移动通信系统建模与仿真,并在“移动通信”课程的仿真实验环节替代MATLAB,探究该软件是否能满足通信系统建模与仿真的需求。同时,对比它与MATLAB在学习难度、编程效率、运行速度、兼容性和功能支持等方面的性能,评估其在高校教学研究中的应用前景,并为该软件在其他学科的应用提供参考。

基于Modelica的交流伺服控制系统建模与仿真

永磁同步电机(PMSM)在交流伺服系统中应用十分广泛,其数学模型具有非线性、多变量、强耦合的特点。为提高建模与分析效率,并兼顾PMSM模型在复杂多领域系统中的通用性等问题,提出一种基于Modelica的交流伺服控制系统的建模方法。采用模块化建模与Modelica语言实现了PMSM的非因果建模,在MWORKS平台建立了伺服系统的仿真模型,并在位置控制、速度控制方面测试了3类典型工况。实验表明,所提方法跟随误差小、动态响应快,验证了建模方法和系统模型构建的正确性和合理性,为伺服控制系统和多领域建模与仿真技术的发展提供了新思路。

基于改进粒子群优化算法的混凝土泵车全局功率匹配

针对混凝土泵车全局功率匹配技术存在优化算法求解质量差的问题,本文提出了一种基于改进粒子群算法的工况自适应混凝土泵车全局功率匹配策略.首先,在MWorks平台上构建基于发动机与液压泵等特性数据,集成液压､机械､控制､负载与动力五大模块的泵送系统模型;然后,采用改进粒子群算法进行全局匹配优化,输出不同作业需求下的参数经济匹配值;最后,基于构建的泵送系统仿真平台,分析典型工况下不同功率匹配策略的节能效果.结果表明:所提策略与传统策略相比,轻､中､重载工况分别节油5.86%,5.24%和1.74%.

基于Modelica汽车起重机支腿系统失稳分析的建模仿真

基于Modelica语言的Mworks平台,建立了机械、液压、控制等多领域耦合的汽车起重机动力学模型。对汽车起重机带载回转一周的工作过程进行动态仿真,分析其支腿系统的稳定性。针对起重机可能发生的侧滑或侧翻等失稳情况,在模型中建立了卸载保护控制系统,有效地实现了预防系统翻车的功能。结果表明,该机、液、控耦合仿真模型对汽车起重机的失稳分析,充分考虑机械、液压和控制的能量耦合效应,克服了普遍采用的ADAMS单一领域刚体动力学分析的不足及传统动载系数设计方法的缺陷。

基于Modelica语言的泵车臂架系统举升过程仿真

混凝土泵车臂架系统是涵盖机械、液压、控制等多领域的复杂物理系统。以Modelica/MWorks为建模平台,对臂架系统进行了模块化拆解,采用参数化建模方法构建了各个元件的模型,然后通过这些元件搭建了臂架仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:液压冲击对臂架稳定性有着重要影响,PD(比例微分)控制系统对液压冲击有着较好的抑制。研究结果可为臂架系统的设计提供一定的参考。

中型纯电动客车空气弹簧悬架Modelica模型的研究

针对国内中、小型纯电动客车上尚未使用空气弹簧双横臂式独立悬架的问题,在中、小型纯电动客车上进行空气弹簧双横臂式前独立悬架的设计,并基于多领域统一建模语言Modelica,在仿真平台MWorks环境下以7米级中型纯电动客车为例对所提出的设计进行了动力学仿真分析。通过分析前轮主要定位参数随车轮跳动行程的运动特性变化规律,可知这一创新式设计所得的客车前轮定位参数特性与同类型的热动力客车设计参数基本相符,满足设计要求。所做研究为空气弹簧悬架在中、小型纯电动客车的推广使用提供了理论基础,对纯电动客车的研发改进具有较高的指导意义。

基于表达式树的Modelica单位检查和推导

为提高多领域物理系统统一建模中复杂模型的质量和可靠性,介绍Modelica对单位的支持方式以及单位之间的换算和运算规则,基于对表达式树的遍历,给出单位检查和推导机制的实现方案.通过分析该方案的时间复杂度,优化影响其效率的主要因素.在MWorks上实现该方案,并通过Modelica标准库中的模型证明该方案可行.