系统仿真与建模(键合图1)

二 、键合图的发展极其特点
后来由加利福尼亚大学的D.C.Karnopp教授和 密西根大学的R.C.Rosenberg教授以及瑞士的 J.Thoma教授等人为此理论的发展及应用作了 大量的工作，为多能域全局耦合系统的动力分 析与仿真奠定了基础。现已在美、荷、澳、德、 加拿大等国得到了传播和应用。
二 、键合图的发展极其特点
在绘制工程系统图时，最初可以用文字表示 子系统
势变量 流变量
不同的学科势变量和流变量不同：
电工学中，势变量和流变量分别为电压和电 流；流体动力工程中分别是压力和容积流量； 力学和机械工程中为力和速度或转矩和转速。
无论哪个学科，统一表示：
势变量用e(t) 表示 流变量用f(t)表示 流入或流出一个通口的功率P0(t)可表示为： P0(t)= e(t) f(t)
2.键图表示法的特点
键图可以看作是方块图的一种自然发展，他不仅能表示系统 中元件的信号流向，而且能表明功率流向，以及控制信号的因 果关系。此外，键图表示法中以一定的规则确定因果关系，因 而画出的键图外观形状对同一工程系统基本相同。键图元件之 间的连接线包含有两个变量，故能与真实部件类似地表明返回 效应。 工程系统复杂多样，一个系统不仅涉及一种能量范围，往往 是多种能量范畴的耦合。（如：电液伺服系统包含电、机及液 压等范畴的能量）系统分析方法大都仅适用于一种能量范畴或 特定类型的系统，键合图法则提供了一种能统一处理多种能量 范畴的工程系统的动态分析法。
系统建模与仿真
键合图理论
2011.4.27
一 、工程系统的表示方法
1.文字表示 2.草图或结构简图 3.回路或线路 电压发生器——带串联电阻的理想电压源 液压泵——带泄露损失及机械损失的理想 液压泵 4.图解表示
二 、键合图的发展极其特点
1.键合图的发展史 键合图基本理论是美国麻省理工学院的 H.Paynter 教授在50年代末提出的，是在运用 方块图和信号流图深入研究伺服控制和仿真问 题时，感到这些图形表示存在一些不足，因而 提出了一种崭新的键图表示法，用以研究各个 工程领域的系统动态性能。
势、流、位移和动量
Hale Waihona Puke Baidu 三、键合图基本原理
1.工程通口及键图
（电压、电流）电动机（转矩、角速度） （转矩、角速度）液压泵（油液压力、体积流量） （转矩1、角速度1）传动轴（转矩2、角速度2） 1 1 2 2 1-通口 2-通口 3-通口 子系统 每个通口用一个短线段表示，根据工程系统的各个子系统 间功率传递的实际情况，将各子系统相互连接起来，这样，表 示通口的短线段称为键。利用键将各个子系统连接在一起形成 的图形叫键图。
另外两个变量：位移和动量
在电工学领域，位移这一广义变量指电荷，在液 压领域为容积，在机械领域为位移或转角。
2.键图的基本元件 一通口元件： 通过一个键与系统交换能量的元件。（控制器 和负载，只有一个单独的功率通口，且其通口 处只存在一对势和流变量）
包括：阻性元件（R元件）；惯性元件（I元件 ）；容 性元件（C元件）； 流源（Sf元件）；势源（Se元件）。
1）阻抗变换器 这种变换器中，输入和输出能量具有相同 的能量范围或类型。通过它可改变阻抗，即 改变键上的势与流之比。
1）类变换器 这种变换器中，输入和输出变量属于不同 的能量范围或类型。如图，联系液压与机械 变量的液压缸，阻抗为势与流之比属于不同 类型，有不同的物理量纲，无法进行比较。
（2）回转器（GF元件 ） 回转器又称为交叉变换器，其中输入的势 正比于输出的流，以及输出的势正比于输入的 流。 e1=m f1 ; e2=m f1 其中m为回转比（回转模数） e1 m f1=e2 m f2 e1 f1=e2 f2 通过回转器的输入和输出功率是不变的。
（1）阻性元件（R元件，写成
）
（2）惯性元件（I元件，写成
）
（3）容性元件（I元件，写成
C）
（4）势源（Se元件，写成
）
（4）流源（Sf元件，写成 发电机、 定量液压泵、 集中传动轴
）
二通口元件：
二通口元件具有两个键，用以与系统进行能量交换 。认为两个通口是一个输入功率，另一个输出功率。 而且在输入端键上的势和流的乘积总等于输出端的势 和流的乘积。 （1）变换器（TF元件 ） 系统能量通过TF元件变换后，势和流都将发生变化 。但对于理想元件而言，变化前后功率应不变。 变换器在键图上并无区别，但实际上可分为两种类 型：
（3）调制变换器和调制回转器