鄒瓊

摘要：機電液系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種機械中。隨著時代的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的負(fù)載要求越來越大，而又要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕型化，且具有良好的動力學(xué)性能，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已無法滿足現(xiàn)今的要求。機電液系統(tǒng)仿真技術(shù)在其系統(tǒng)設(shè)計與控制中具有重要應(yīng)用，其中AMESim仿真軟件得到了行業(yè)廣泛的認(rèn)可。該軟件提供了一種圖形編程方式，將具體的模塊執(zhí)行程序封裝起來，通過模塊圖形接口提供給用戶。軟件集成了包括機械、液壓、電子、熱工等多個模塊及其子單元，可應(yīng)用于多種機液仿真場合，且集成有與其他三方軟件聯(lián)合分析接口，大大擴展了其分析與計算能力。

Abstract： Electromechanical hydraulic system is widely used in all kinds of machinery. With the development of the times， the load requirements of mechanical products are more and more big， and the product structure is required to be light， and has good dynamic performance. The traditional design method has been unable to meet the requirements of today. The simulation technology of electro-mechanical hydraulic system has an important application in its system design and control， among which AMESim simulation software has been widely recognized by the industry. The software provides a kind of graphic programming mode， which encapsulates the specific module execution program and provides it to the user through the module graphic interface. The software integrates many modules and their sub units， including mechanical， hydraulic， electronic， thermal and so on. It can be applied to many kinds of machine hydraulic simulation occasions， and integrates the joint analysis interface with other three-party software， greatly expanding its analysis and calculation ability.

關(guān)鍵詞：機電液系統(tǒng);仿真;AMESim;液壓系統(tǒng);控制

Key words： electro hydraulic system;simulation;AMESim;hydraulic system;control

0? 引言

機電液系統(tǒng)具有大力大矩的顯著特點，是許多機床產(chǎn)品、航天器械、工程機械等的必須動力裝備，而隨著時代的發(fā)展，機械工況變得越來越復(fù)雜，負(fù)載也變得越來越大，對機械的要求則是越來越輕巧，同時能夠擁有優(yōu)良的動力學(xué)品質(zhì)[1，2]。傳統(tǒng)的機電液系統(tǒng)設(shè)計方法往往根據(jù)經(jīng)驗公式進行推導(dǎo)或計算，其計算結(jié)果可能誤差較大，有時甚至偏離實際。隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展，采用計算機仿真技術(shù)進行機電液系統(tǒng)的設(shè)計與分析是目前較流行的設(shè)計方式[3，4]。在機電液系統(tǒng)領(lǐng)域，AMESim軟件使用較為廣泛，呂安生[5]等分析了一種抓臂式清污機工作特點，設(shè)計了其工作裝置液壓系統(tǒng)，采用一種閥前補償液壓系統(tǒng)，AMESim中建立了液壓仿真系統(tǒng)，配置了與ADAMS進行聯(lián)合的接口，分析了系統(tǒng)的動態(tài)特性。魏建華[6]等基于連通式油氣懸架振動模型，在模型中考慮了蓄能器、液阻、單向閥及管路非線性特性，建立了ADAMS動力學(xué)模型、AMESim液壓系統(tǒng)模型、MATLAB路面譜模型，得出管路長度對道路破壞系數(shù)影響較小的結(jié)論等?；贏MESim的機液仿真研究方法對降低物理實驗成本，較快地觀測系統(tǒng)的靜動態(tài)特性具有重要作用。

1? AMESim的軟件組成與功能

AMESim （Advanced Modeling Environment for Performing Simulation of Engineering Systems）是一款多學(xué)科交叉的系統(tǒng)建模與仿真軟件?？蛇M行制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、熱系統(tǒng)等的建模與仿真。在AMESim軟件中，主要包含了六大系統(tǒng)模塊：流體系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、熱系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和信號系統(tǒng)。

流體系統(tǒng)中包括了多種流體單元，包括流體設(shè)置單元、管道、過濾器、蓄能器、液壓缸、液壓泵、恒壓泵、液壓閥等。其中在流體設(shè)置單元中可設(shè)置流體的類型、粘度、溫度、壓力、體積模量等;在管道設(shè)置中可設(shè)置管道的界面半徑、管道長度、管道兩端的初始壓力等;液壓缸包括單作用液壓缸、雙作用液壓缸、帶負(fù)載的單作用液壓缸、有彈簧輔助的單作用液壓缸等，在液壓缸設(shè)置中，可設(shè)置活塞桿直徑、鋼筒直徑、活塞桿行程等參數(shù)。液壓泵包括定量泵、變量泵等，可與液壓閥進行組合連接形成變量柱塞泵等。液壓閥模塊包括單向閥、兩位三通閥、三位四通閥、減壓閥、調(diào)速閥、梭閥、三位四通電液伺服閥等。

電氣系統(tǒng)中包括了多種電氣單元，包括二極管、電阻、電容、電感、發(fā)電機、電動機、電池與儲能裝置、開關(guān)、電壓表、電流表等。其中在二極管中可設(shè)置耗散功率、正向電壓等;發(fā)電機包括三相發(fā)電機、單相發(fā)電機等，可設(shè)置發(fā)電機工作頻率、相電壓、轉(zhuǎn)速、內(nèi)阻等參數(shù)。電池與儲能裝置包括鋰離子電池、電解電容等，可設(shè)置電池的額定輸出電壓與最大輸出電流，即可作為放電裝置，也可作為充電裝置。電氣線路中的線路電壓和電流可通過電壓傳感器、電流傳感器進行測量。

電機系統(tǒng)包括了多種電機單元，包括交流發(fā)電機、三相交流電動機、單相交流電動機、直流電動機、電機控制單元等。其中電機控制單元包括是永磁直流電機轉(zhuǎn)矩控制模塊（PMDC），端口輸入為扭矩指令（N·m）、最大電樞電壓（V）和轉(zhuǎn)速（rev/min）。通過使用這些輸入，可計算出電樞繞組電流（A）;單獨勵磁直流電機的轉(zhuǎn)矩控制塊（SEDC），可選擇兩種控制策略之一：最大轉(zhuǎn)矩、最小損耗;內(nèi)部和表面安裝的永磁同步電機或等效設(shè)備的扭矩控制塊（PMSM），此控制將轉(zhuǎn)矩設(shè)定為電壓和電流的函數(shù);繞線轉(zhuǎn)子同步電機轉(zhuǎn)矩控制模塊（WRSM），該模塊不考慮鐵損耗、磁飽和或阻尼效應(yīng)等;永磁同步電機（PMSM）根據(jù)永磁同步電機的轉(zhuǎn)速，利用校正器建立電流控制回路，閉環(huán)電流響應(yīng)可以是一階或二階系統(tǒng)，如圖1所示。

熱系統(tǒng)模塊中包括了多種熱單元，包括溫度計、環(huán)境參數(shù)設(shè)置單元、固體材料熱單元、導(dǎo)線熱單元、熱輻射交換單元、固體熱電容、濕空氣源、濕空氣混合器、濕空氣物理特性通用傳感器等。其中環(huán)境參數(shù)設(shè)置單元允許設(shè)置與環(huán)境條件相關(guān)的計算參數(shù)，這些計算需要觀測點的時間和空間參數(shù)以及環(huán)境參數(shù);熱輻射交換單元;固體熱電容計算了一個固體質(zhì)量的溫度動力學(xué)與入射熱流的關(guān)系。

機械系統(tǒng)模塊中包括了多種機械單元，包括機架、彈簧、阻尼、電動機、摩擦力矩發(fā)生器、齒輪系統(tǒng)、多種信號傳感器、3D機械模型庫等。其中摩擦力矩發(fā)生器可選擇具有雙曲正切的庫侖摩擦模型、通過重置積分器模型、達(dá)爾模型、盧格模型之一;3D機械模型庫將平面機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為三維機械結(jié)構(gòu)模型，可更加真實地模擬物理系統(tǒng)，但需消耗更多的計算時間和內(nèi)存。

信號系統(tǒng)模塊中包括了多種信號單元，包括定值信號輸出、正弦信號輸出、停止信號、傳遞函數(shù)塊、函數(shù)塊、方波信號塊、濾波器等。其中傳遞函數(shù)塊基于模型的傳遞函數(shù)，在線路中與輸入信號進行連接，其輸出為經(jīng)過傳遞函數(shù)計算后的輸出;函數(shù)塊可設(shè)置一個函數(shù)模型f（x），輸入信號經(jīng)過函數(shù)模塊中的函數(shù)處理后進行輸出;濾波器可設(shè)置為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。

2? AMESim的應(yīng)用

AMESim作為一款強大的機電液系統(tǒng)仿真軟件，其提供了多個領(lǐng)域的解決方案。在汽車自動化領(lǐng)域，可進行汽車發(fā)動機、發(fā)動機熱管理、地盤、傳動系統(tǒng)、車身、電氣與電子系統(tǒng)、電其與液壓系統(tǒng)等相關(guān)的仿真建模與分析;在航空航天領(lǐng)域，可進行飛行控制、飛行動力學(xué)、環(huán)境控制系統(tǒng)、電氣與電子系統(tǒng)、發(fā)動機裝備、著陸系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等相關(guān)的仿真建模與分析;在機械工程方面，可進行車身集成、發(fā)動機及其熱管理、電氣、電子與液壓系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)等的仿真建模與分析。AMESim 提供了多種可以其他三方軟件進行聯(lián)合建模與仿真的接口技術(shù)，可與MATLAB、ADAMS、LMS Motion、Excel等進行連接，模型連接后可使得每個接口模塊都能發(fā)揮自身的優(yōu)勢，提高計算性能和擴展更多的功能等。

3? 結(jié)束語

機電液系統(tǒng)是許多相關(guān)產(chǎn)品的必不可少的組成部分。AMESim提供了豐富的機電液系統(tǒng)仿真建模與分析的解決方案，文中介紹了AMESim的六大基本系統(tǒng)模塊及其模塊組件、單元與功能，參數(shù)設(shè)置等，并介紹了AMESim的在多種應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用，和與其他三方軟件進行聯(lián)合仿真建模與分析功能等，可為基于AMESim的機電液系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計提供參考。

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