М инистерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Автомобильно-дорожный факультет

Кафедра наземных транспортно-технологических машин

Отчет по практическим работам

в среде MatLab Simulink

Выполнил: студент гр.

Проверил: старший преподаватель

Ворожейкин И. В.

Оценка___________ «____» _______ 2022 г.

Санкт-Петербург

2022

Практическая работа №1

Моделирование гидропривода ковша экскаватора в MatLab Simulink

Цель работы: Создание и исследование модели гидропривода ковша экскаватора в MatLab Simulink для анализа перемещения и зависимости работы ковша под воздействием гидравлических и механических нагрузок.

Ход работы:

1. Построение модели гидропривода

На основе обучающих видео в среде MatLab Simulink была собрана модель гидравлической системы. В состав модели были добавлены насос с постоянным расходом, обеспечивающий подачу жидкости; распределитель для направления потока; гидроцилиндр двойного действия как исполнительный элемент; клапан давления для защиты системы; источник рабочей жидкости и обратная линия.

Рисунок 1. Модель схемы гидропривода и показания осциллографа

2. Настройка параметров компонентов

В параметрах модели были заданы реальные характеристики оборудования: для насоса указаны расход и давление; для распределителя настроены временные и потоковые характеристики; для цилиндра установлены размеры цилиндра и масса нагрузки; Подобраны параметры жидкости: вязкость и плотность.

3. Подключение датчиков и управление

Для отслеживания работы системы добавлен датчик перемещения штока. На вход клапана подано синусоидальное воздействие, имитирующее работу двигателя. Сигнал с датчика выведен на виртуальный осциллограф для наблюдения за изменениями.

4. Моделирование нагрузки

На первом этапе использовалась простая нагрузка, для наглядности модель доработана — добавлена система, имитирующая ковш экскаватора. Это позволило лучше визуализировать движение при работе гидроцилиндра.

5. Численное моделирование и анализ

После запуска была получена информация о перемещении штока и визуализировано поведение механизма в зависимости от сигнала управления и параметров жидкости

Вывод: В ходе выполнения работы была подтверждена эффективность использования среды MatLab Simulink для моделирования гидравлических систем. Построенная модель позволила наглядно отследить, как изменения параметров компонентов — таких как насос, распределитель, цилиндр и рабочая жидкость — влияют на поведение всей системы. Подключение датчиков и визуализация сигналов через осциллограф обеспечили возможность детального анализа рабочих процессов в реальном времени. Добавление механической нагрузки в виде модели экскаватора сделало симуляцию более наглядной и приближённой к реальным условиям эксплуатации. Также было показано, что выбор метода численного интегрирования играет важную роль в точности расчётов и стабильности моделирования.

Практическая работа №2 Моделирование гидравлических систем в SimHydraulics

Цель работы: Изучить возможности SimHydraulics для моделирования и оптимизации гидравлических систем, а также подготовить модель к программно-аппаратному моделированию в режиме реального времени.

Ход работы:

В MatLab Simulink была построена модель гидропривода с использованием стандартных блоков библиотеки SimHydraulics.

В состав модели вошли насос, клапан и гидроцилиндр, для которых были настроены параметры: расход, давление, размеры цилиндра. Также задана рабочая жидкость с определённой плотностью и вязкостью.

Для управления системой на вход клапана было подано синусоидальное воздействие, имитирующее внешнее управление. В цепь включён датчик перемещения штока гидроцилиндра, данные с которого выводились на виртуальный осциллограф.

На следующем этапе с использованием Simulink Design Optimization была проведена автоматическая настройка параметров системы. Изменения сравнивались с эталонными данными, что позволило оценить влияние параметров на динамику и устойчивость работы гидропривода.

Завершающий этап включал подготовку модели к работе в режиме реального времени. Для этого были изменены численные параметры моделирования: задан фиксированный шаг и выполнена генерация C-кода для запуска модели на аппаратной платформе.

Рисунок 2. Схема гидропривода и осциллограмма

Вывод: Выполненная работа показала, что SimHydraulics является удобным инструментом для моделирования и настройки сложных гидравлических систем. Использование встроенных средств оптимизации позволяет значительно упростить подбор параметров, улучшив поведение модели без ручного подбора. Особенности моделирования в реальном времени требуют предварительной подготовки и настройки численных методов, однако позволяют приблизить виртуальную модель к аппаратной реализации. В итоге полученная система может быть применена в различных отраслях: от промышленной гидравлики до транспортных и авиационных приложений.