法国Imagine公司开发的AMESim是当今领先的流体、传动系统和液压、机械系统建模、仿真以及动力学分析软件,它为用户提供了一个系统工程设计的完整平台,可以建立复杂的多学科领域系统的数学模型,并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。该软件具有如下主要特点:a、拥有丰富的模型库;b、采用C或者Fortran编程,元件代码底层开放,用户可自行开发或者构建符合个人需要的元件;c、拥有与Matlab/Simulink、Adams等软件的接口,便于在应用中发挥各自优势。
Simulink系统是Mathtools公司产品Matlab的一个重要分支,是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。可处理包括线性、非线性系统;离散、连续以及混合系统;单任务、多任务离散事件系统等。但Simulink本身没有专门针对流体仿真的工具箱,用户使用时要自己建立模型,如果入到较复杂的液压系统,使用Simulink还需要对系统的数学模型有较深刻的理解。
然而,不存在一种仿真软件平台能够提供工程设计所需要的所有功能。AMESim作为多学科领域系统仿真设计的平台提供了丰富的与其它软件的接口。基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境,它在众多领域得到了广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能,可方便地建立各种模型、改变仿真参数,能很有效地解决仿真技术中的问题。
AMESim-Simulink联合仿真平台分别对液压伺服系统中的机械液压部分和控制部分进行建模,充分利用两套软件分别在液压系统建模仿真和数据处理能力方面的优势对系统进行仿真分析。
AMESim与Simulink联合仿真既能发挥AMESim突出的流体机械的仿真效能,又能借助Simulink强大的数值处理能力,取长补短,取得更加完美的互补效果。
联合仿真的特点是: (1)
采用AMESim与Simulink分别对液压伺服系统中的机械液压部分
和控制部分进行建模,充分利用两套软件分别在液压系统建模仿真与数据处理能力方面的优势对系统进行仿真分析 (2)
建模、仿真过程可以继续保持AMESim与Simulink在各自模型中
的使用功能,可正常使用各自的系统分析功能 (3)
提供了标准与联合仿真两种工作界面,可以使用户自行确定
AMESim与Simulink两部分模型的仿真算法类型,从而可以由用户确定仿真计算的速度与精确程度 (4)
操作过程具有简洁性,使操作者工作量大大降低,并能取得好的
仿真效果
联合仿真应用举例
以一种电液位置伺服系统为例进行AMESim与Simulink联合仿真,设定系统参数为:
活塞缸质量1000kg,三位四通伺服阀各通路流量1L/min,压降0.1MPa,阻尼比0.8,阀芯固有频率50Hz,额定电流200mA;泵流量35L/r,转速1000r/min;位移传感器增益10;发动机转速1500 r/min;系统输入为一阶信号。
AMESim与Simulink联合仿真原理图如图1所示。其中模式操作工具栏与MATLAB_Simulink控制器分别如图2和图3所示。
模式操作工具栏 MATLAB制器
控
AMESim子模型区域
图 1 AMESim/Simulink联合仿真原理图
草图模式子模型模式参数模式 运行 模式 图 2 模式操作工具栏简介
其中,模式操作工具依我们当前工作的模式而改变,每一模式可用的特征也
各不相同。在草图模式,我们可以使用子模型区域中的元件搭建系统草图;在子模型模式,我们可以给每个元件匹配子模型;在参数模式下,我们可以设置子模型参数;在运行模式下,可以设置子模型参数。
图 3 MATLAB控制器
如图3所示,系统是一个闭环系统,其有负反馈增益4。此时没有加任何控制策略,系统的单位响应曲线如图4所示。
没有加控制策略
图4 系统单位响应曲线
当加一PID控制时,其单位阶跃响应曲线如图5所示,其中MATLAB控制器如图6所示。
PID控制: Kp=4 Ki=0.1 Kd=0
图5 PID控制时系统单位阶跃响应曲线
图6 加PID时MATLAB控制器