Integration of Mechanism, Electronic and Hydraulics - APS

五维生物

2015-11-22

APS, ME

| visited times

The chinese vision of Integration of Mechanism, Electronic and Hydraulics for APS

1. 绪论

系统的假设
- 通过物理边界/概念边界分离出的实体
- 由相互作用的成分构成
关注点
- 多学科【振动、材料力学、动力学、流体力学、自动控制、热力学、电路学】
- 动态、时间函数
键合图【抽象】$\rightarrow$数学模型建立【常微分方程+代数方程】$\rightarrow$状态系统
系统
- 子系统1
  - 元件1
  - $\dots$
  - 元件n
- $\dots$
- 子系统n
通用动态系统模型
低阶线性模型

2. 通口与键合图

2.1 通口

子系统相互连接的位置、功率传递经过

物理系统有

多通口$\rightarrow$多通口系统
一通口$\rightarrow$一通口系统
二通口$\rightarrow$二通口系统

2.2 功率变量

变量相乘为瞬时功率$p(t)$

2.3 能量变量

广义动量$p(t)\equiv\int^t e(t)dt=p_0+\int^t_{t_0}e(t)dt$
广义位移$q(t)\equiv\int^tf(t)dt=q_0+\int^t_{t_0}f(t)dt$
能量$E(t)\equiv\int^tp(t)dt=\int^te(t)f(t)dt=\int^te(t)dq(t)=\int^tf(t)dp(t)$

2.4 状态四面体

2.5 文字键合图

2.6 键合图

2.7 因果划

流f与势e同时出现
因果划与半箭头独立

2.8 类仪表元件

只穿递单一信号

放大器$\rightarrow$电压
电流表$\rightarrow$电流

3. 基本元件

3.1 一通口元件

3.1.1 阻性元件R

消耗P

线性
非线性【多液压】：视为线性

3.1.2 容性元件C

线性/非线性$\rightarrow$q与e有关

储能：$E(q)=\int^q_{q_0}q(q)dq+E_0$

3.1.3 惯性元件I

$f=\dfrac{P}{I}=\dfrac{\int edt}{I}$, 惯性参数多为线性关系的倒数

$E(p)=\int^p_{p_0}f(p)dp+E_0$

3.1.4 一通口源元件

3.1.5 新四面体

3.2 二通口元件

3.2.1 变换器TF[Transformer]

$e_1=me_2\mf_1=f_2$

3.2.2 回转器GY[Gyrator]

$e_1=rf_2\e_2=rf_1$

3.2.3 可调变换器MTF、可调回转器MGY

3.3 三通口1/0

1结：串联，共流结f
0结：并联，共势结e

3.4 多通口因果划

C积分f$\rightarrow$e远，I积分e$\rightarrow$f近【避免微分】

TF顺边，GY磁性

0单近$f_1=$，1单外$e_1=$

3.5 方块图

4. 系统模型

4.1 电路

定义功率正向电流
标注共势
插入元件，以1连0
- 功率正向：电压降低方向
- 元件指向RCI
定义地线–0电压
简化

4.2 收缩原则

4.3 电路网

4.4 机械平动

功率流正向
以1结表示不同速度，加上I
0结连1结，加CR
去掉$v=0$

4.5 定轴转动

正方向
1结$\rightarrow$角速度，指I
0结连1结，指RC
去$w=0$

4.6 相对坐标系

$\dfrac{d}{dt}\vec{v}=\dfrac{\partial}{\partial t}\vec{v_{re}}+\vec{w}\times\vec{v}$

绝对加速度

$a_x=\dot{v_x}-wv_y\a_y=\dot{v_y}+wv_x$
科氏力

$m\dot{v_x}=\sum F_x+mwv_y\m\dot{v_y}=\sum F_y-mwv_x$

4.7 平面运动

$\vec{v_p}=\vec{v_{eg}}+\vec{w}\times\vec{r_p}$

4.8 液压

4.8.1 线性化

4.8.2 回路

P为0结
1连0，加IRC
去大气压0结

4.8.3 TF

4.8.4 GY

4.9 多能域

5. 状态空间方程

5.1 系统方程

一个x的n阶方程
n个x的一阶方程
不同未知不同阶

二阶方程组

$\dot{X}=AX+BU$

几个自由度几个状态变量

5.2 键合图的增广

键编号
确定因果关系
- 以$S_e, S_f$开始
- C，I 积分为主
- R任意