AMESim入门例子

AMESim⼊门例⼦
Chapter 3: ⼊门
本章你将作三个练习，使⽤AMESim主要功能搭建⼯程系统，分析它们的动态特性。

通常⼤约需要3~4⼩时，但因⼈⽽异差别较⼤。

⽽且，练习是可扩展的，在每⼀个练习的最后都有可供进⼀步研究的可选建议。

做完这些练习后，你应该能够使⽤标准AMESim元件和⼦模型进⾏简单的仿真。

我们建议你要⽴即或读完之后不久作这些练习。

3.1 启动AMESim
使⽤Unix:
请教系统管理员，请他给你演⽰如何设置⼯作环境以便进⼊。

要启动AMESim，在合适的窗⼝，改变成你希望⼯作的路径，然后打印：AMESim
使⽤Windows:
按如下之⼀操作：
从菜单程序选择AMESim_ Imagine AMESim _
通过启动按钮产⽣AMESim，或者：
双击桌⾯上的AMESim 图标，或者：
在MS DOS 命令窗打印AMESim。

你可以配置窗⼝，以便从Windows 资源管理器双击系统⽂件（.ame⽂件）就可以⾃动启动AMESim。

请参考安装注解中的设置程序。

图3.1显⽰的是AMESim a主显⽰器。

Figure 3.1: AMESim 主界⾯
本显⽰器是空的，因没有打开或创建模型。

要搭建⼀个系统，必须创建⼀个新空模型。

然后才能在计算机上设计草图，存储系统。

Figure 3.2: 创建新的空模型
3.2 创建新草图
3.2.1 打开⼀个空系统
要创建新草图，按如下之⼀即可：
点击打开空系统图标:
出现如图3.2所⽰的窗⼝。

同时按下Ctrl+N，或者
在下拉菜单中选择File _ New：
出现如下所⽰窗⼝：
Figure 3.3: 你可以选择新系统的类型
然后只有点击OK按钮才能得到如图3.2所⽰的窗⼝。

进⾏仿真的第⼀阶段就是搭建你要研究的系统，
通过挑选并把各个元件放置在合适位置即可搭建系统。

进⼀步学习之前，我们要介绍⼀些AMESim⼯具栏的按钮，要想了解更多⼯具栏知识，请参考26页“⼯具栏”⼀节。

3.2.2 上（开）锁按钮
上（开）锁按钮在模式操作⼯具栏⾥，⽤于上锁和开锁。

当你打开⼀个空系统时，它是开锁状态。

然后你可以搭建系统草图。

如果打开⼀个已有系统，通过点击这个按钮可以使它开锁，以便能够修改系统。

上开锁按钮是⼀个安全装置，放置你由于偶然因素改变系统，如果你不能修改系统，系统很可能处于锁定状态，当这个按钮处于上锁状态时，你不能修改系统草图。

3.2.3 库/类库
类库属于库，它们被表⽰为按钮的集合，在显⽰器左侧⼯具栏垂直向下。

如果你把⿏标移动到他们上，会显⽰⼀个标注，给出每⼀个类库的标题。

⼀个类库是特定元件图标的集合，是这些元件的数学模型（参见元件⼦模型），每⼀个库包含⼀个或多个类库。

标准AMESim库提供2个类库：
机械的
信号，控制和观测器的
点击机械类库按钮产⽣⼀个如图3.4的新窗⼝。

l
Figure 3.4: 机械类库
如果还有可选库，例如液压或⽓动库，这些将包含在垂直⼯具栏⾥的其它类库⾥。

现在你就已经就绪了开始第⼀个例⼦。

3.3 例1：弹簧质量系统的仿真
⽬的：
浏览创建⼀个模型的全过程。

给草图添加⽂本。

使⽤重复显⽰功能。

图 3.5 ⽰出了你将仿真的系统，选择这样⼀个简单系统，是由于⼤家都很熟悉。

所有你需要的元件都在绿⾊的机械类库⾥。

Figure 3.5: 弹簧质量模型
3.3.1 搭建弹簧质量模型
第⼀步：选择，旋转和镜像⼀个图标
1. 点击机械类库按钮打开它。

通常该类库中的元件都是绿⾊的。

2. 点击单端⼝的质量元件。

注：当你在显⽰屏移动指针时，指针会以你选择质量块的形状。

你可以以不同⽅位移动选好地元件。

3. 尝试点击⿏标中键和右键。

中键旋转图标，右键使图标镜像或沿垂直轴翻转，这可给出8种不同⽅位的元件。

你也可以打印：
Ctrl+R 来旋转元件。

Ctrl+M 来镜像元件。

4. 按2步显⽰的姿态⽅位放置质量。

5. 将指针放在质量图标的中⼼，点击⿏标左键，质量将以反⾊显⽰。

注：AMESim还允许使⽤拖拉释放原理给草图添加元件，然⽽这项技术并不⽅便，旋转操作更困难，我们推荐使⽤点击⽅法，⽽不⽤拖拉⽅式。

现在，你将学习如何从草图删除元件。

第2步：从草图删除元件
1. 通过点击选择质量块。

那个质量块被选择了。

2. 按下Del键删除选择的元件。

3. 点击Yes。

第3步：搭建草图
1. 再将质量添加到显⽰屏。

2. 点击线性弹簧。

3. 通过同时按下Ctrl+R旋转它。

4. 将它的⼀端定位到接近质量块的位置。

5. 点击⿏标左键。

弹簧与质量块应该连接上了，若未连上，弹簧与质量块的定位不准。

通过下述⽅法可以解决：
1. 选择弹簧。

2. 移动它到恰好位置。

3. 再点击⿏标左键。

如果你选错了元件，可以按如下键：
Del,
Backspace 或者
Escape.
元件被删除了，⼜显⽰出类库来。

元件被连在⼀起的点称为端⼝，质量块有⼀个端⼝⽽弹簧有两个端⼝。

两个端⼝出现的绿⾊⽅块表⽰准备连接的端⼝。

Figure 3.6: 要被连接的端⼝
此时单端⼝的质量块处于正常颜⾊，⽽弹簧以它的反⾊。

Figure 3.7: 元件的外观
原因是弹簧的⼀个端⼝还没有联接，AMESim这样加强是提醒你草图还没有完成。

6. 添加⼀个2-端⼝质量块，另⼀个弹簧和⼀个零速度源来完成草图（见图3.5）。

你的草图就完成了，下⾯将添加⼀些⽂本。

注：零速源固定了被连接端⼝的位置。

单双端⼝质量块都有⼀个箭头，这样元件都按同⼀个⽅向添加到草图上。

随后将解释这样做的原因。

第4步：添加，旋转和删除⽂本
添加⽂本：
1. 从⽔平⼯具栏点击⽂本按钮
光标变成⼀个字母A。

2. 在想要添加⽂本的地⽅点击草图。

字母A将变成空格。

3. 输⼊“Mass-Spring System”。

草图上会出现下述区域：
4. 点击区域外任意地⽅退出⽂本编辑模式。

要旋转⽂本：
选择⽂本，然后点击⿏标中键或者使⽤Ctrl+R键。

另⼀种⽅式为点击⿏标右键，选择旋转选择菜单。

你可以有两种可能的⽅位把⽂本放置到草图上。

Figure 3.8: 旋转⽂本
要删除⽂本：
选择要删除的⽂本，按如下操作：
敲Del键，或者
点击⿏标右键，在下拉菜单中选择Cut项，或者
同时按下Ctrl+X, 或者
选择编辑Edit _ Cut。

注：⽂本是不允许镜像！
若没能成功旋转⽂本，可能是由于这导致了叠加覆盖。

要在显⽰屏内移动⽂本：
1. 点击⽂本选定它。

2. 拖拉⽂本到新区域。

或者
1. 双击⽂本
光标变成选定的⽂本。

2. 点击你要放置⽂本的区域。

注：AMESim 不允许覆盖任何⽬标，⼀个⽬标可以是⼀个元件，⼀条线断，或⼀个字符串。

现在，系统是建完了，可以进⼊下⼀阶段。

进⼊下⼀步之前，把草图存储下来，是个很好的习惯。

按如下步骤存储系统⽂件：第1步：保存模型
1. 选择⽂件File _ Save。

出现⼀个保存对话框，你可以确定⼀个路径，给系统命名。

2. 输⼊⽂件名：MassSpring.
注：名字字母和数字的组合，不能带空格。

3. 点击存贮按钮Save。

Figure 3.9: 保存为浏览器
3.3.2 给元件分配⼦模型
系统中每⼀个元件都必须与⼀个数学模型相关联，数学模型是数学⽅程的集合和⼀段计算机码的可执⾏⽂件。

AMESim 的术语是把系统元件的数学模型描述为⼦模型，术语模型被保留为完整系统的数学模型。

AMESim 包含⼀个⼤⼦模型集合。

只要合适，⼦模型与元件是⾃动关联的。

第1步：进⼊⼦模型模式
1. 从⽔平⼯具栏点击⼦模型模式按钮。

显⽰屏将变成图3.10的样⼦。

注意到单端⼝质量块具有正常样⼦，⽽两个弹簧，双端⼝质量块和零速源都取它们的反⾊。

这是由于只有单端⼝质量块有⼦模型与它关联，其它元件必须指定⼦模型。

Figure 3.10: 没有关联⼦模型的元件
在AMESim内，⼀个元件可能有多个⼦模型与它关联，对于单端⼝质量块，只有⼀个⼦模型可⽤，所以被⾃动
关联。

其它元件，有多个⼦模型可供选择，可以⼿⼯匹配。

作为选配，我们让AMESim 选择最简单的模型。

这就是⾸选⼦模型功能的⽬的，将在本例中使⽤。

第2步：使⽤⾸选⼦模型功能
1. 从⽔平⼯具栏点击⾸选⼦模型按钮。

这时，所有元件都有正常的图标，表⽰它们都有⼦模型。

在列表中，选择每⼀个元件的第⼀个⼦模型。

为了检查匹配给元件的⼦模型名字，我们将在草图上把它们显⽰出来。

第3步：显⽰/消隐元件标注
1. 在草图上点击⿏标右键。

出现标注菜单：
Figure 3.11: 标注菜单
2. 选择显⽰元件标注⼦菜单
给每⼀个元件选择的⼦模型，以标注形式显⽰出来。

3. 选择消隐元件标注⼦菜单
标注消失了。

在当前例⼦使⽤这⼀功能造成如图3.12所⽰。

⼦模型有短名字例如MAS001 ，是与单端⼝质量块相关联的⼦模型。

在这个阶段，这些名字对你没什么意义，但随着你变得越来越有经验，这些信息会越来越重要。

Figure 3.12: 元件的标注
还剩三个阶段：
AMESim 必须为系统⽣成可执⾏码。

必须设置各种参数。

必须执⾏运⾏。

3.3.3 设置参数
第1步：进⼊参数模式
1. 在⽔平⼯具栏点击参数模式按钮。

AMESim对系统执⾏各种检查并⽣成可执⾏码，系统编译窗⼝会给出⼀些技术信息，说明完成仿真必须解的⽅程，见图3.13。

本例有：
由微分⽅程定义的4个变量，即状态变量，和
由隐含代数⽅程定义的⾮变量。

Figure 3.13: 系统编译窗⼝
2. 点击关闭按钮
窗⼝变成图3.14所⽰，标注被修改成:
⼦模型后⾯添加了数字—被称为⽴即数。

这种简化适合辨别同⼀个⼦模型的不同表现。

Figure 3.14: ⼦模型中的⽴即数
⼤多数AMESim⼦模型有⼀组参数与之关联，然⽽单端⼝质量块⼦模型⽤kg确定质量，弹簧⽤刚度确定。

当AMESim⽤⼦模型与元件关联时，这些参数被设置为合理的默认值，现在你必须把这些参数设置成真实值。

现在，你可以检查当前的参数设置并改变部分值。

第2步：改变参数
1. 选择单端⼝质量块
改变参数对话框如图3.15所⽰。

单端⼝质量块的⼦模型是MAS001是⼀个简单模型，它包括两个状态变量，即端⼝1上的速度和位移。

显⽰窗的主要部分是描述参数的标题，单位和当前值的列表。

如果你要改变参数当前值，可以：
1. 双击这个值。

2. 输⼊⼀个新值。

3. 按Enter 键。

4. 点击OK钮，关闭对话框。

Figure 3.15: 改变参数对话框
第3步：定义状态变量
状态变量由微分⽅程确定，在⼦模型内，还定义了这些状态变量的导数。

将对如下形式的⽅程编码：dx/ dt =...
dv/ dt=...
每⼀个状态变量都要给出初始值或启动值。

在我们这个例⼦中，我们必须给出时间t为0时的速度值v和位移值x。

在本模式下，质量块有两个状态变量，请回想⼀下完全模式有4个状态变量（见图3.13 ）。

1. 按顺序点击每⼀个元件观察它们的参数。

注：零速度源没有参数可改变，因此产⽣⼀个空对话框。

2. 返回到单端⼝质量块MAS001。

为得到更有趣的结果，我们将把速度初始值设置为1 m/s。

注意对话框内有两列可编辑项，左侧⼀列⽤于改变变量名，右侧⼀列⽤于改变变量值。

3. 确定端⼝1的速度值是⾼亮的（Make sure the value of velocity at port 1 is highlighted (即它变成突出的⿊⾊))。

4. 输⼊1。

5. 敲Enter 键。

只要必要，你也能给其它参数输⼊新值。

6. 点击OK 按钮。

结果如图3.16所⽰。

Figure 3.16 : 改变速度值
注：你可以按相应的按键装载最⼩值，默认值或最⼤值，最⼩最⼤值只是指导性的，你可以设置超出这个范围的值。

3.3.4 运⾏仿真
第1步：进⼊运⾏模式
1. 点击运⾏模式按钮。

显⽰窗变成如下所⽰：
Figure 3.17: 运⾏模式
第2步：检查设置运⾏参数
1. 点击运⾏参数按钮。

运⾏参数对话框如图3.18所⽰。

这允许你改变运⾏特性，显⽰窗由不同的数值，你可以改变，和⼀组制表符组成。

默认值被设置成最常⽤的值。

Figure 3.18: 运⾏参数对话框
你可以把最终时间换成1.0 s，通讯间隔换成0.01 s：
2. 双击最终时间值。

3. 敲⼊1.0。

4. 双击通讯间隔值。

5. 敲0.01.
6. 敲输⼊键（Enter）。

7. 点击OK 按钮后你的更改⽣效。

现在，运⾏参数设置好了，按下⾯步骤可以开始仿真了:
第3步: 开始仿真
点击开始运⾏按钮，启动运⾏。

本例运⾏很快结束，我们可以⽴即绘制结果图。

3.3.5 绘制曲线图
第1步：绘制元件的变量图
1. 点击单端⼝质量块。

变量列表对话框如图3.19所⽰：
Figure 3.19: 变量列表对话框
显⽰窗的主要部分是描述变量的标题，单位和最终值。

2. 选择端⼝1 的速度（velocity）。

3. 在草图上拖拉并释放它或者点击绘图按钮（Plot）。

窗⼝显⽰如下：Figure 3.20: 端⼝1的速度曲线
4. 点击双端⼝质量块。

5. 点击端⼝1的速度。

6. 在包含第⼀个图(AMEPlot - 1)的窗⼝内拖拉并释放它。

图表更新成如下所⽰：
Figure 3.21: 更新为两条曲线的图表
请注意图形窗⼝的菜单：File, Edit, View, Tools, Windows, Help. ⼤部分菜单项是带⼦说明的，少数例外将在后边例⼦中介绍。

注：在AMESim菜单栏⾥的图形下拉菜单适于所有图形。

Figure 3.22 : 图形菜单
7. 返回到图形窗⼝。

8. 选择⼯具菜单的下拉菜单：
Figure 3.23: ⼯具菜单
9. 选择添加标题。

在曲线上放置变量的标题。

第2步：改变⽂本特性
1. ⽤⿏标右键点击其中⼀个标题。

2. 使⽤菜单改变字体类型，⼤⼩和颜⾊。

你也可以⽤左键拾取标题，给它重新定位。

第3步：改变标题⽂本
1. 点击标题。

2. 第⼆次点击被选择的⽂本。

3. 在⽂本区域打印新⽂本。

第4步：打印图表
1. 选择⽂件下拉菜单中打印项（File _ Print）。

Figure 3.24: ⽂件菜单
使⽤Windows系统时：
将显⽰下述对话框或类似的：Figure 3.25: 打印对话框
点击OK按钮。

使⽤UNIX系统时：
显⽰如下对话框：
Figure 3.26: 设置打印机对话框
点击OK按钮。

打印机应该对显⽰窗进⾏硬拷贝，若⾮如此，请与当地的系统管理员联系，打印机或⽹络可能存在问题。

另⼀种选择是你可以创建⼀个图形⽂件。

另外⼀种观察结果的⽅式是使⽤重放功能（Replay）。

3.3.6 使⽤重放功能
重放功能允许在草图上显⽰变量的变化过程，随后你可以对仿真过程所发⽣的事情进⾏可视化。

1. 点击重放功能。

出现⼀个重放对话框，有⼀组按钮，像收录机按键⼀样。

Figure 3.27:重放
2. 把单位从N变成m/s.
3. 点击选项按钮Options：对话框展开成如下额外选项：
Figure 3.28: 选项的显⽰
4. 点击符号按钮（Symbols）：对话框再⼀次展开，你可以把数字符号变成箭头符号，如下所⽰：Figure 3.29: 符号设置显⽰
5. 点击选项按钮（Options b），减⼩重放对话框的尺⼨，点击重建选项按钮，把更改考虑进来。

6. 点击播放按钮（Play ）。

7. 观察效果。

Figure 3.30: 草图演⽰了变化演绎过程
8. 点击其它按钮看看还有什么发⽣。

9. 关闭重放对话框。

注：重放功能有时对于帮助理解⼗分有⽤。

3.3.7 存贮和退出AMESim
第1步：存储和关闭系统
1. 选择⽂件菜单下存储命令（File _ Save）存储你的系统。

2. 选择⽂件菜单下关闭命令（File _ Close）关闭⽂件。

如果在保存系统前选择了关闭命令，AMESim 会显⽰Save system? 对话框问你保存系统否？点击Yes。

要在任意阶段保存系统，你可以选择如下任何⼀种⽅式：
选择存贮命令，或者。