Ссылка для цитирования : Дмитриев В. А., Марусина М. Я. Разработка библиотеки элементов мультисвязных бонд-графов для моделирования систем со множеством тел // Изв. вузов. Приборостроение. 2025. Т. 68, № 12. С. 1056–1065. DOI: 10.17586/0021-3454-2025-68-12-1056-1065.

Аннотация. Обсуждается представление динамических систем в виде бонд-графов, позволяющих унифицировать модульный подход к моделированию многодоменных физических систем, описываемых законами из различных областей физики, например механики и гидравлики. На основе мультисвязных или векторных бонд-графов разработана библиотека элементов мехатронной системы в среде MatLab/Simulink, обеспечивающая ускорение процесса построения моделей и уменьшение вероятности появления ошибок. Рассмотрены структура разработанной библиотеки и ее основные элементы, позволяющие описать системы из нескольких тел и моделировать их движение в различных системах отсчета. Приведен пример использования библиотеки для моделирования конкретной механической системы.

Ключевые слова: бонд-граф, динамика, анализ, энергия, мультисвязное представление

Список литературы:

1. Das S. Mechatronic Modeling and Simulation Using Bond Graphs. Boca Raton: CRC Press, 2009.
2. Lagrange J. Méchanique Analytique. Boston: Kluwer Academic Publishers, 1997.
3. Строгалев В. П., Толкачева И. О. Имитационное моделирование. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 737 с.
4. Rahmani A., Hasan M. N., Zak M. Modelling and Validation of Electric Vehicle Drive Line Architecture using Bond Graph // Test Eng. Manag. 2020. Vol. 82. Р. 15154–15167.
5. Badoud A. E., Merahi F., Bouamama B. O., Mekhilef S. Bond Graph modeling, design and experimental validation of a photovoltaic/fuel cell/electrolyzer/battery hybrid power system // Intern. J. Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. Р. 24011–24027.
6. Mohammed A., Sirahbizu B., Lemu H. G. Optimal Rotary Wind Turbine Blade Modeling with Bond Graph Approach for Specific Local Sites // Energies. 2022. Vol. 15. Р. 6858.
7. Nuñez I., Breedveld P. C., Weustink P. B. T., Gonzalez G. Steady-State power flow analysis of electrical power systems modelled by 2-dimensional multibond graphs // Proc. of the Intern. Conf. on Integrated Modeling and Analysis in Applied Control and Automation. Bergeggi, Italy, 21–23 September 2015. P. 39–47.
8. Mishra N., Vaz A. Bond graph modeling of a 3-joint String-Tube Actuanted finger prosthesis // Mech. Mach. Theory. 2017. Vol. 117. Р. 1–20.
9. Pathak A. K., Vaz A. A simplified model for contact mechanics of articular cartilage and mating bones using bond graph // Proc. of the 3rd Intern. and 18th National Conf. on Machines and Mechanisms. Mumbai, India, 13– 15 December 2017.
10. Mishra N., Vaz A. Development of trajectory and force controllers for 3-joint string- tube actuated finger prosthesis based on bond graph modeling // Mech. Mach. Theory. 2020. Vol. 146. Р. 103719.
11. Gonzalez G., Barrera N., Ayala G., Padilla A. Modeling and Simulation in Multibond Graphs Applied to Three-Phase Electrical Systems // Appl. Sci. 2023. Vol. 13. Р. 5880.
12. Gonzalez G., Padilla A. Quasi-steady-state model of a class of nonlinear singularly perturbed system in bond graph approach // Electr. Eng. 2018. Vol. 100. Р. 293–302.
13. Cellier F. Hierachical non-linear bond graph: A unified methodology for modelling complex physical systems // Simulation. 2005. Vol. 58, N 4. P. 230–248.
14. Zhou X. and Cui Y. Dynamic characteristics of single-loop gear system based on bond graph method // Journal of Vibroengineering. 2022. Vol. 24, N 3. P. 604–614.
15. Gonzalez-Avalos G., Gallegos N. B., Ayala-Jaimes G., Garcia A. P., Ferreyra García L. F., Rodríguez A. J. P. Modeling and Simulation of Physical Systems Formed by Bond Graphs and Multibond Graphs // Symmetry in Graph Algorithms and Graph Theory III. 2023. Vol. 15, N 12. Р. 2170.
16. Дмитриев В. А., Марусина М. Я. Особенности построения бонд-графа шагающих роботов // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 2. С. 195–199. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-2-195-199.
17. Shojaei Barjuei E., Caldwell D. G., & Ortiz J. Bond Graph Modeling and Kalman Filter Observer Design for an Industrial Back-Support Exoskeleton // Designs. 2020. Vol. 4, N 4. P. 53.
18. Umarikar A., Mishra T., & Umanand L. Bond graph simulation and symbolic extraction toolbox in MATLAB/ SIMULINK // Journal of the Indian Institute of Science. 2006. Vol. 86. P. 45–68.
19. Дмитриев В. А. Элементы моделирования контактного взаимодействия средствами программного пакета 20Sim // „Информационные технологии в управлении, автоматизации и мехатронике“: сб. науч. тр. 4-й Междунар. науч.-техн. конф. 2022. С. 83–86.