AMESim工程机械机电液系统仿真技术
基于AMESim的电液伺服系统仿真与优化研究
液压气动与密封／２００６年第１期１引言液压系统的动态特性是衡量一套液压系统设计及调试水平的重要指标。
液压系统由若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响、相互制约以及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能非常复杂。
因此，液压系统的仿真受到越来越多的重视，液压仿真软件的精度和可操作性等都有极大的提升。
特别是近几年，国外液压仿真技术飞速发展，各款老牌的液压仿真软件纷纷推出新版本，如法国的ＡＭＥＳｉｍ、波音公司的Ｅａｓｙ５、英国的Ｂａｔｈｆｐ、瑞典的Ｈｏｐｓａｎ、德国的ＤＳＨｐｌｕｓ等。
文章选择ＩＭＡＧＩＮＥ公司的ＡＭＥＳｉｍ作为仿真软件环境，在介绍ＡＭＥＳｉｍ仿真软件的功能与特点的基础上，以典型的电液伺服控制系统为例，详细探讨了利用ＡＭＥＳｉｍ软件包进行液压系统建模与仿真方法，对基于ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ模块和ＡＭＥＳｉｍ／ｍａｔｌａｂ接口两种系统优化的方法、对电液伺服控制系统的ＰＩＤ参数进行了优化研究，并给出了仿真与优化的结果。
２ＡＭＥＳｉｍ仿真软件ＡＭＥＳｉｍ全称为ＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒＰｅｒｆｏｒｍｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ，是法国ＩＭＡＧＩＮＥ公司开发的高级工程系统仿真建模环境，为流体、液体、气体、机械、控制、电磁等工程系统提供一个较完善的综合仿真环境。
ＡＭＥＳｉｍ是一个多学科领域的建模仿真平台，在统一的平台上实现了多学科领域的系统工程的建模与仿真。
不同领域的模块之间直接的物理连接方式使ＡＭＥＳｉｍ成为多学科领域系统工程建模和仿真的标准环境。
ＡＭＥＳｉｍ具有丰富的模型库（１８个模型库，１０００多个模块），用户可以采用基本元素法，按照实际物理系统来构建自定义模块或仿真模型，而不需要去推导基于ＡＭＥＳｉｍ的电液伺服系统仿真与优化研究马长林，黄先祥，郝琳（第二炮兵工程学院２０２分队陕西西安７１００２５）摘要：ＡＭＥＳｉｍ是法国ＩＭＡＧＩＮＥ公司开发的高级工程系统仿真建模环境，为机械、液压、控制等工程系统提供一个较完善的综合仿真环境。
《2024年基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究》范文
《基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，液压系统在各种机械设备中扮演着至关重要的角色。
为了更好地理解液压系统的性能，优化其设计，以及进行故障诊断和预测，建模与仿真技术显得尤为重要。
本文将介绍基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究，以期为相关领域的研发和应用提供有益的参考。
二、AMESim软件概述AMESim是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于机械、液压、控制等多个领域。
它提供了一种直观的图形化建模环境，用户可以通过简单的拖拽和连接元件来构建复杂的系统模型。
此外，AMESim还支持多种物理领域的仿真分析，包括液压、气动、热力等。
三、液压系统建模在AMESim中，液压系统的建模主要包括以下几个方面：1. 液压元件建模：包括液压泵、液压马达、油缸、阀等元件的建模。
这些元件的模型可以根据实际需求进行参数设置和调整。
2. 流体属性设置：根据液压系统的实际工作情况，设置流体的属性，如密度、粘度等。
3. 系统拓扑结构构建：根据实际系统的结构，搭建系统拓扑结构，并设置各元件之间的连接关系。
4. 仿真参数设置：根据仿真需求，设置仿真时间、步长等参数。
四、液压系统仿真在完成液压系统的建模后，可以通过AMESim进行仿真分析。
仿真过程主要包括以下几个方面：1. 初始条件设置：设置系统的初始状态，如初始压力、流量等。
2. 仿真运行：根据设置的仿真时间和步长，运行仿真程序。
3. 结果分析：通过AMESim提供的可视化工具，分析仿真结果，如压力、流量、温度等参数的变化情况。
五、技术应用与优势基于AMESim的液压系统建模与仿真技术具有以下优势：1. 高效性：通过图形化建模环境，可以快速构建复杂的液压系统模型，提高建模效率。
2. 准确性：AMESim提供了丰富的物理模型和算法，可以准确模拟液压系统的实际工作情况。
3. 灵活性：用户可以根据实际需求，灵活地调整模型参数和仿真条件，以获得更符合实际的结果。
AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用
结论与展望
通过深入研究液压系统的动态特性，可以为工程机械液压系统的维护和检修 提供更加精确的理论依据和技术支持。这些研究成果将有助于提高工程机械的运 行效率，降低设备的维修成本，具有重要的工程应用价值和发展前景。
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案例分析
案例分析
以某型工程机械液压系统中的故障为例，利用AMESim进行仿真分析。该故障 表现为液压油缸在行程终端时无法实现自锁。首先，建立该型液压系统的AMESim 模型，包括液压泵、液压缸、液压阀等关键元件。然后，对模型进行仿真，并观 察液压缸在行程终端时的状态。
案例分析
通过调整仿真参数，可以发现液压缸在行程终端时无法实现自锁的原因在于 液压缸的密封件磨损严重，导致密封性能下降。这一结果与实际情况基本一致， 说明AMESim在工程机械液压系统故障仿真中的可靠性。
结论与展望
结论与展望
本次演示介绍了基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究。通过建立液 压系统的AMESim模型，可以对液压系统的工作状态进行实时监控和调整，从而实 现液压系统的优化设计。在未来的研究中，可以进一步拓展AMESim在工程机械液 压系统故障仿真中的应用，如开展多种故障的耦合仿真、引入算法进行故障预测 和预防等方面的研究。
AMESim仿真技术及其在液 压系统中的应用
目录
01 引言
03 原理与实现
02 概述 04 参考内容
引言
引言
液压系统在各种工业领域中具有广泛的应用，如机械制造、航空航天、石油 化工等。随着科技的不断进步，对液压系统的性能和稳定性要求越来越高，因此 仿真技术在液压系统设计、优化和故障诊断中发挥着越来越重要的作用。AMESim 是一种先进的仿真技术，可以针对复杂液压系统进行高精度、高效率的仿真分析。 本次演示将介绍AMESim仿真技术在液压系统中的应用意义、基本原理、应用案例 以及前景展望。
AMEsim仿真技术在电液位置同步系统中的应用
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农机设备研制中机电液系统联合仿真技术探析-机械工程论文-工程论文
农机设备研制中机电液系统联合仿真技术探析-机械工程论文-工程论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——本篇为机电工程师论文（精品范文8篇）之第七篇，文末可查看其他7篇文章摘要：为提高农机设备研究工作中机械、电子、液压联合仿真的效率，分析了AMESim及Simulink外部接口的特点，提出了一种对复杂系统的机械系统、液压系统以及控制策略进行联合仿真的技术方案，并通过了仿真验证，为农机设备研发过程中机电液系统的联合仿真提供了一种解决方案。
关键词：AMESim; Simulink; 联合仿真；主动悬架；引言十三五规划明确提出，我国将全面推进农业现代化，提高农业技术装备和信息化水平，因此，农业装备的现代化是实现我国农业现代化的重要保障。
随着电子技术的发展，特别是微控制技术、物联网技术和信息技术的飞速发展，智能控制技术与传统的机械技术的结合越来越紧密，农业机械也由传统的液压传动技术为主转向机电液一体化方向发展，进而实现农业机械的自动化、网络化和智能化。
现代农机设备越来越趋向于机电液集成化，与之对应的仿真技术也朝着机电液联合仿真的方向发展。
本文在对AMESim和Simulink的特性及其外部接口进行深入研究分析后，提出了一种对复杂系统的机械系统、液压系统以及控制策略进行联合仿真的技术方案[1,2].1、AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真接口AMESim在机械系统以及液压系统仿真方面有着突出的优势，随着机器设备自动化程度的提高，各种控制算法、控制策略被越来越多的应用于其控制系统中。
因此，在系统仿真时，往往希望能对整个系统的机械、液压、控制算法进行联合的仿真，对系统的整体性能进行研究、分析。
然而，目前来看AMESim只提供了非常简单的几种控制算法模型，无法满足越来越复杂的算法仿真要求。
而Simulink在逻辑运算、算法建模方面有着显着的成就，因此，将AMESim与Simulink联合起来，取长补短，在机械、液压及其控制系统的仿真中将取得单个软件难以比拟的效果[3].AMESim与Simulink的联合仿真有2种实现方式：在AMESim 中搭建机械、液压系统模型，经过AMES-im的仿真参数设置及编译，生成能在Simulink中调用的S-Function, 在Simulink环境中完成控制算法模型搭建，然后像调用普通S-Function一样将在AMESim生成的机械、液压系统模型S-Function调入到Simulink中，从而完成整个仿真系统的搭建，仿真运行于Simulink环境之中，使用Simulink 的求解器进行计算仿真；在Simulink环境中完成控制算法的设计，通过编译后调用由MTALAB提供的SL2AME函数，将在Simulink环境中完成的控制算法转换为能在AMESim中调用的用户自定义元件模型，在AMESim中，将机械、液压系统模型搭建后，像使用普通元件模型一样调用由SL2AME函数生成的控制算法元件模型，完整的仿真系统搭建完毕后，在AMESim中运行仿真运算[3].笔者通过2种联合方式实验的对比发现：在机械及液压系统规模较小、元件不多的情况下，2种联合仿真方式没有明显的差异；若机械及液压系统组成较复杂、元件比较多，则采用第1种方式仿真时，会出现仿真速度特别慢，甚至于出现计算机死机的现象，此时采用第2种方式，即，将在Simulink中生成的控制算法模型导入到AMESim中运行时，仿真能达到比较满意的效果。
AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用
AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用随着科技的不断发展，仿真技术在工程领域中的应用越来越广泛。
AMESim仿真技术作为一种系统级仿真软件，能够模拟和分析多个物理领域的耦合系统，尤其在液压系统中得到广泛应用。
本文将从AMESim仿真技术的介绍、液压系统基础和模型构建，以及仿真在液压系统中的应用等方面进行探讨。
AMESim仿真技术是由法国LMS公司研发的一种多领域系统仿真软件。
它通过建立系统级的数学模型，能够模拟和分析多个物理领域的复杂耦合系统，包括液压、气动、电控、机械、热力等。
AMESim具有图形化建模界面，用户只需通过拖拉连接各个模块进行系统建模，无需编写复杂的代码。
同时，AMESim还具备快速仿真和优化的能力，能够极大地提高系统设计的效率和准确性。
液压系统是一种基于液体传动能量的技术，广泛应用于工业、航空、机械等领域。
了解液压系统的基础知识对于进行仿真建模至关重要。
液压系统主要由液压源、执行元件、控制元件和负载组成。
液压源产生压力油液，通过控制元件对压力油液进行调节，最终驱动执行元件完成工作。
液压系统具有反馈控制、大功率传动、快速响应和负载自适应等优势。
在液压系统中，液压元件的参数调节、控制策略的选择以及系统的优化等问题对系统的性能和效率有着重要影响。
在AMESim中进行液压系统建模时，首先需要确定系统的工作流程和参数。
通过拖拉连接不同的模块，可以对液压系统的压力、流量、温度等参数进行仿真分析。
同时，AMESim还可以加入控制算法，使系统具备自动调节功能。
在液压系统中，常见的仿真模型包括液压缸模型、泵模型、阀门模型等。
这些模型可以根据实际情况进行自定义和修改，以满足系统设计和性能优化的需求。
仿真在液压系统中的应用主要有以下几个方面：首先，仿真技术可以对液压系统的性能进行全面评估。
通过改变不同参数的数值和控制信号的输入，可以观察系统的响应和工作状态，并进行性能指标的计算和对比分析。
这对于优化系统设计、提高系统的效率和可靠性具有重要意义。
AMESim工程机械机电液系统仿真技术
运动体动态性能 流体可压缩性 限位和饱和 摩擦和泄漏 液动力 可变流量系数（雷诺数和流数） 可变容积 可变通流面积 液压力 Servo-valve
用途：
可模拟各类液压零部件，如泵、单向
阀、调压阀、作动器…… 详细建立并验证零部件设计方案
12 copyright LMS International - 2011
型与流体系统回路的整体模型结合在一起进行综合分析。
16 copyright LMS International - 2011
液压元件
下图所示为在b AMESim液压系统模型中的不同类型的液压元件
作动器 液压容腔 液压阀 节流孔
油泵
液压管道
17 copyright LMS International - 2011
时候，只要排量未达到最大值，负载感应控制器就会增加泵的排量以维持通过换向阀的恒定的压差。
23 copyright LMS International - 2011
应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析
AMESim仿真模型
系统建模
轮式装载机
设计验证
结果曲线
仿真分析
24 copyright LMS International - 2011
T
19 copyright LMS International - 2011
管道模型
20 copyright LMS International - 2011
b AMESim液压阀模型
常用阀
安全阀
减压阀
可控安全阀 压力阀 单向阀
通用的滑阀
3
位6通
3位4通
5 1
辅助元件：硬管、油箱
基于AMESim的电液比例节流阀建模与仿真
交流 UE S HU J IAO LIU
基于 AMESim 的电液比例节流阀建模与仿真
◆ 温 彬 黄国焘 张立龙 王艳刚
摘要：以电液比例节流阀为研究对象，以 AMESim 工程软件为平台建立了电液比例节流阀的 仿真模型。分析了弹簧刚度对比例节流阀的静态和动态特性的影响，为设计电液比例控制系统时 如何选用电液比例节流阀提供了重要参考。
2 电液比例节流阀的 AMES im 仿真
2.1 AMES im 仿真软件简介 LMS b AMESim (Advanced Modeling
Environment of Simulation)最早由法国 Imagine 公司 于 1995 年推出的基于键合图理论的多学科领域复杂 系统建模仿真软件，至今已经发展到了 12.0 版本。 其采用基于物理模型的图形化建模方式，为用户提
利用 AMESim 工程软件建立电液比例节流阀模
U学 术
XUE S HU J IAO LI 交流
表 1 电液比例节流阀静态仿真参数
符号 P1 PL △P m Xmax FN d d力 出口压力
压差 阀芯质量 阀芯最大位移 电磁铁最大推力 节流阀体孔径 节流阀芯杆径 节流阀零位遮盖量 弹簧刚度 弹簧预压缩力 比例电磁铁系数
本文应用 AMESim 工程软件中的机械库、控制 库、液压库以及液压元件设计库建立电液比例节流 阀的仿真模型，对电液比例节流阀的静、动态特性 进行了仿真分析。
1 电液比例节流阀的工作原理
该型号比例节流阀的结构见图 1。
图 1 所示该比例节流阀为直接作用式单级控制 型，主要由比例电磁铁、阀芯、节流阀弹簧、节流 阀体等元件构成。比例电磁铁直接驱动节流阀阀芯 运动，当比例电磁铁断电时，弹簧将阀芯顶回到初 始位置由弹簧保持。其工作原理是：当比例电磁铁 输出电磁力克服弹簧力、摩擦力和液动力，使阀口 开启，主流量油液由 P 口流向 A 口。节流阀阀芯位 移与输入电信号呈线性比例关系，而输出流量与输 入电信号成某一函数关系，此函数取决于阀口的几 何形状和阀口的压降。
基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究
基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究引言：随着技术的发展和进步，工程机械在现代工程建设中起到了至关重要的作用。
作为工程机械的核心部件之一，液压系统在保证机械运行稳定性和工作效率方面发挥着重要作用。
然而，工程机械液压系统在长时间运行与复杂工况下可能会出现故障，影响机械的正常工作。
因此，对液压系统的故障进行仿真研究，对于提高工程机械的可靠性和可用性起到了重要的作用。
一、液压系统故障的影响液压系统故障会导致工程机械的性能下降，严重的甚至会使机械无法正常工作。
例如，液压泵的过载、泄漏和损坏会导致液压系统的压力降低，从而影响机械的工作效率和输出功率。
液压缸的密封失效、漏油和卡滞等问题会导致机械不能正常运动，影响机械的定位和准确性。
因此，研究液压系统故障的仿真方法，能够帮助工程师提前预知故障并采取相应措施，降低故障对机械运行的影响。
二、仿真软件AMESim的介绍AMESim是一种基于物理原理的多域建模仿真软件，其在工程机械领域的应用被广泛认可。
它可以模拟和仿真各种机械、液压、气压、电气和控制等系统的工作过程。
它采用图形化建模方法，用户可以通过拖拽组件和连接线的方式快速构建系统模型。
通过对模型参数的设置，可以模拟不同工况下系统的工作性能和性能指标。
三、基于AMESim的液压系统故障仿真研究方法1. 故障模型建立：根据液压系统的组成和工作原理，建立液压系统故障模型。
将液压泵、控制阀、液压缸等组件以及其相互连接的管道在AMESim中进行图形化建模。
根据故障类型，对相应的组件进行参数调整或添加故障模块。
2. 故障仿真设置：根据实际工况设置液压系统的输入信号和工作条件。
例如，设置液压泵的转速、液压缸的负载和工作速度等参数。
3. 故障仿真运行：通过对故障模型进行仿真运行，观察系统的工作状态和性能指标。
根据仿真结果，可以评估液压系统的性能、故障对系统的影响以及可能的解决方案。
基于AMESim的小型挖掘机执行机构液压系统建模与仿真
１ 小 型 挖 掘 机 执 行 机 构 液 压 系 统 建 模
１ 某型 号小 型挖 掘机 采用 力 士 乐 生产 的 Ａ１ ＶＯ 型 号 泵 。Ａ１ ＶＯ 为 恒 功率 变 量泵 ， 功 率调 节 阀 、 ） ０ ０ 有
摘 要 ： 提高 国 内挖 掘机 液压 技 术水 平 ， 为 以某 型 号 小 型 挖 掘机 为 例 ， 于 ＡＭＥ ｉ 对 包 基 Ｓｍ 括 动臂 、 杆 、 斗在 内的小型 挖掘 机执 行机 构 的液 压 系统 进 行 了建 模 ， 正 了 以往研 究 斗 铲 修 者 在建 造此 类模 型时 主换 向阀 的阀芯反 向移动 时 ， 弹簧 反馈 力 加 倍 的错 误 。仿 真 并 分析
７ 动 臂油 缸 ；８ 动臂 主 阀芯 ；９ 动臂 联 压 力 补 偿 阀 ；１一 执 行 机 构 ； １ 泵 一 一 一 Ｏ １
图 ２ 执 行 机 构 液 压 模 型
第 ４期
刘 震 ， ： 于 ＡＭＥ ｉ 的小 型挖掘 机执 行机 构液 压 系统建模 与仿 真 等 基 Ｓｍ
４ ５
２ 仿 真 与分 析
。
ａ
旨
●
Ｊ Leabharlann ０ｊ 阀在减 小工作 冲击 的 同时 ， 冲洗 内部油道 ， 带走 杂质 。在不 影 响模 型 准 确 性 的 前 提 下 ， 型 中 分 别 用 ｈ ｄ ａ ｌ ｐ ｒｔｄ ｈ ｄａ ｌ 模 ｙ ｒｕｉ ｏ ｅａｅ ｙ ｒｕｉ ２ ｃ ｃ
ｐ ｒｓｖ ｌｅ ｈ ｄａ ｌ ｒｓｕ ｅ ｅ ｅ ａｖ 和 ｈ ｄ ａ ｌ ｒ ｉ ｏｔ ａｖ ， ｙ ｒｕｉ ｐ ｅｓ ｒ ｌ ｆ ｌｅ ｃ ｒｉ ｖ ｙ ｒｕｉ ｏ ｉｃ ｃ ｆ ｅ代替
基于AMEsim的液压系统建模与仿真
基于AMEsim的液压系统建模与仿真液压系统是工程中常见的一种动力传动系统，它通过液体传递能量来驱动机械设备。
液压系统具有传递功率大、传动效率高、操作简便、响应速度快等优点，被广泛应用于工程机械、航空航天、冶金采矿等领域。
在液压系统的设计和优化过程中，建模与仿真是非常重要的工具，可以帮助工程师们更好地理解系统工作原理、分析系统性能并进行优化设计。
本文将介绍基于AMESim的液压系统建模与仿真技术。
一、AMESim的基本介绍AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems）是由法国FDS公司研发的一种多物理仿真软件，旨在为工程师提供一个全面的仿真平台，用于分析和优化系统的动态性能。
AMESim具有图形化建模界面、丰富的预定义组件库、强大的仿真求解器等特点，可以用来建模与仿真多种工程领域的系统，包括机械、电气、液压、热力等。
二、液压系统建模与仿真1. 液压系统建模液压系统通常由液压泵、执行元件、控制阀、油箱和管路等组成，液体在其中传递能量并驱动执行机构。
在AMESim中，可以使用预定义的液压元件来建模系统的各个部分，如液压泵、液压缸、液压阀等。
通过简单的拖拽操作和连接线，可以快速构建出一个完整的液压系统模型。
2. 液压系统参数设置在建模过程中，需要为液压系统的各个组件设置参数，包括泵的流量、缸的活塞面积、阀的流量特性等。
AMESim提供了丰富的组件参数设置界面，用户可以直观地输入参数数值，并且支持参数的参数化设置，方便用户进行灵敏度分析和参数优化。
建模完成后，可以使用AMESim内置的仿真求解器对液压系统进行仿真。
用户可以设定系统的工况和输入信号，例如泵的转速、阀的开度、负载的变化等，然后进行仿真运行。
AMESim会自动求解系统的动态行为，并输出相关的性能指标，如压力、流量、速度、功率等，可以用于系统性能分析和优化设计。
基于AMESim的机液仿真设计与应用
内燃机与配件0引言机电液系统具有大力大矩的显著特点，是许多机床产品、航天器械、工程机械等的必须动力装备，而随着时代的发展，机械工况变得越来越复杂，负载也变得越来越大，对机械的要求则是越来越轻巧，同时能够拥有优良的动力学品质[1，2]。
传统的机电液系统设计方法往往根据经验公式进行推导或计算，其计算结果可能误差较大，有时甚至偏离实际。
随着计算机技术的飞跃发展，采用计算机仿真技术进行机电液系统的设计与分析是目前较流行的设计方式[3，4]。
在机电液系统领域，AMESim 软件使用较为广泛，吕安生[5]等分析了一种抓臂式清污机工作特点，设计了其工作装置液压系统，采用一种阀前补偿液压系统，AMESim 中建立了液压仿真系统，配置了与ADAMS 进行联合的接口，分析了系统的动态特性。
魏建华[6]等基于连通式油气悬架振动模型，在模型中考虑了蓄能器、液阻、单向阀及管路非线性特性，建立了ADAMS 动力学模型、AMESim 液压系统模型、MATLAB 路面谱模型，得出管路长度对道路破坏系数影响较小的结论等。
基于AMESim 的机液仿真研究方法对降低物理实验成本，较快地观测系统的静动态特性具有重要作用。
1AMESim 的软件组成与功能AMESim （Advanced Modeling Environment forPerforming Simulation of Engineering Systems ）是一款多学科交叉的系统建模与仿真软件。
可进行制动系统、液压系统、机电系统、热系统等的建模与仿真。
在AMESim 软件中，主要包含了六大系统模块：流体系统、电气系统、电机系统、热系统、机械系统和信号系统。
流体系统中包括了多种流体单元，包括流体设置单元、管道、过滤器、蓄能器、液压缸、液压泵、恒压泵、液压阀等。
其中在流体设置单元中可设置流体的类型、粘度、温度、压力、体积模量等；在管道设置中可设置管道的界面半径、管道长度、管道两端的初始压力等；液压缸包括单作用液压缸、双作用液压缸、带负载的单作用液压缸、有弹簧辅助的单作用液压缸等，在液压缸设置中，可设置活塞杆直径、钢筒直径、活塞杆行程等参数。
基于AMESim的电液伺服速度控制系统仿真分析
般 用 于大功率 系统 ｌ 】 文 以一种 典 型 的阀控 液Байду номын сангаас 马 １ 。本
达速度 控 制 系统 为 例 ，利 用 Ａ Ｓｍ软 件 对 其 动态 特 ＭＥ ｉ
一
２ 电液 伺 服 速 度 系 统
２１ 阀控液 压 马达 电液 伺服 速 度 系统 ． 如 图 １所 示 ， 系 统 由伺 服 放 大器 、 该 电液 伺 服 阀 、 液压 马达 、 速 电动 机等 组成 。测速 电机轴 与负 载机 轴 测 相联 ， 于 检测 负 载轴 的速 度 ， 测 到 的速 度 信号 与 指 用 检
维普资讯
Ｈｖ ｒ ｕ ｉｓＰ ｅ ｍａｉｓ＆ Ｓ ａｓＮｏ４ ２ ０ ｄａｌ ｎ ｕ ｔ ｃ ｃ ｅ ｌ／ ． ．０ ８
基 于 Ａ Ｓｍ 的 电液伺 服速度控 制 系统仿真分析 ＭＥ ｉ
王 强 吴 张永 李 红 星 武鹏 飞 刘 建 强
（ 昆明理 工大 学 流体控 制 工程 研究 所 ， 云南 昆 明 ６ ０９ ） ５ ０ ３
Ｋ ｎ ｎ ｎｖ ｒ ｔ ｆＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｋ ｎ ｎ ６ ０ ９ ， Ｃ ｉａ ｕ ｍｉｇ Ｕ ｉ ｓｙ ｏ ｃ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｕ ｍｉｇ ５ ０ ３ ｅｉ ｅ ｏ ｈｎ ）
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基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析
基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析王强吴张永李红星武鹏飞刘建强（昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明650093）摘要：在电液伺服控制系统设计分析中，由于传统的数学建模方法比较复杂，本文利用面向工程设计的高级建模软件AMESim 对阀控液压马达电液伺服速度控制系统进行建模，并对其动态特性进行了仿真分析，得到了较好的分析结果。
关键词：电液伺服控制系统；AMESim；仿真分析中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1008- 0813（2008）04- 0031- 03 Simulation Analysis of Electro- Hydraulic Servo Velocity Control System Based on AMESim WANG Qiang WU Zhang-yong LI Hong-xing WU Peng-fei LIU Jian-qiang (Institute of Fluid Power Control Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093, China)Abstract: Conventional mathematical modeling, which is used in analysis of designing eletro-hydraulic servo control system, is comparative complex. This paper use AMESim software, which orients engineering design ,modeling hydraulic valve- controlled velocity system, analyzing dynamic characteristics of this system, getting a better analytical result.Key Words: eletro-hydraulic servo control system；AMESim；simulation analysis0 引言在实际工程中，经常需要进行速度控制，如机床进给装置的速度控制，雷达天线、炮塔、转台的姿态跟踪以及发电机、气轮机和水轮机的调速系统等。
基于AMEsim的液压系统建模与仿真
基于AMEsim的液压系统建模与仿真一、引言液压系统是利用液体传递能量，控制方向和力的一种传动方式。
液压系统在工业生产和机械设备中得到了广泛应用，包括汽车制造、航空航天、冶金、建筑、工程机械等领域。
而建立精准的液压系统模型并进行仿真分析对于系统设计和性能优化具有重要意义。
AMESim是一款专业的多物理领域仿真软件，具有稳定、可靠的仿真算法，能够对液压系统进行精确的建模和仿真分析。
本文将介绍基于AMESim的液压系统建模与仿真的方法，通过具体案例来展示其应用价值。
二、液压系统建模方法1. 液压元件建模在AMESim中，液压系统的建模是基于液压元件的模型。
液压元件可以分为液压源、执行元件、控制元件和辅助元件四类。
液压泵、液压缸、换向阀、节流阀等都可以在AMESim 中进行建模。
建模液压元件时，需要考虑其物理特性和动态行为，并根据实际工况和使用要求设置其参数。
在液压泵的建模中，需要考虑其排量、转速对流量和压力的影响；在液压缸的建模中，需要考虑其面积、摩擦和密封对其运动过程的影响。
液压管路在液压系统中起着传输液体、传递动力和信号的作用。
在建模时，需要考虑管路的长度、直径、摩擦、弯头、阀门等因素对液压性能的影响。
在AMESim中，可以通过设置管路的几何参数、流体介质和流动特性等来建立液压管路的模型。
通过对管路压力、流量、温度等参数的仿真分析，可以评估管路的性能和系统的稳定性。
3. 控制系统建模三、液压系统仿真分析基于AMESim的液压系统建模完成后，可以进行仿真分析以评估系统性能和优化设计。
液压系统的仿真分析主要包括以下几个方面：1. 动态特性分析通过仿真分析液压系统的动态特性，可以评估系统的响应速度、稳定性和阻尼特性等。
在动态仿真中，可以模拟系统的启动、运行和停止过程，评估系统对外部扰动的响应和抑制能力。
2. 性能优化分析通过仿真分析液压系统的性能参数，可以评估系统的功率输出、效率、热量损失、工作温度等。
《2024年基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究》范文
《基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究》篇一一、引言液压系统在许多工业应用中起着关键作用，其建模与仿真技术的研究对于提高系统的性能、优化设计和减少研发成本具有重要意义。
AMESim作为一种多功能工程仿真平台，为液压系统的建模与仿真提供了强大的工具。
本文旨在探讨基于AMESim的液压系统建模与仿真技术的研究。
二、AMESim概述AMESim是一款功能强大的工程仿真软件，可以用于建立各种复杂系统的模型并进行仿真分析。
它支持多学科领域建模，具有直观的用户界面和强大的求解器，能够高效地解决复杂的工程问题。
在液压系统建模与仿真方面，AMESim提供了丰富的液压元件模型库和仿真分析工具，使得用户能够快速建立准确的液压系统模型并进行仿真分析。
三、液压系统建模基于AMESim的液压系统建模主要包括以下步骤：1. 确定液压系统的工作原理和性能要求，明确系统的输入和输出。
2. 建立液压系统的物理模型，包括液压泵、执行器、控制阀等元件的模型。
AMESim提供了丰富的液压元件模型库，用户可以根据需要选择合适的元件模型进行建模。
3. 设置模型的参数和初始条件，包括液压油的物理性质、元件的几何尺寸、工作温度等。
4. 建立系统的仿真模型，将各个元件模型连接起来形成完整的液压系统模型。
四、液压系统仿真分析在建立好液压系统模型后，可以利用AMESim进行仿真分析。
仿真分析主要包括以下步骤：1. 设置仿真参数，包括仿真时间、仿真步长等。
2. 运行仿真，观察系统的动态响应和性能指标。
AMESim具有强大的求解器，能够快速准确地求解出系统的动态响应。
3. 分析仿真结果，包括系统的压力、流量、温度等参数的变化情况，以及系统的稳定性和动态性能等。
4. 根据仿真结果对液压系统进行优化设计，提高系统的性能和降低成本。
五、技术应用与展望基于AMESim的液压系统建模与仿真技术已经广泛应用于各种工业领域，如汽车、航空航天、工程机械等。
通过建立准确的液压系统模型并进行仿真分析，可以有效地提高系统的性能、优化设计和减少研发成本。
AMESim工程机械机电液系统仿真技术
用途：
Servo-valve
▪ 可模拟各类液压零部件，如泵、单向
阀、调压阀、作动器……
▪ 详细建立并验证零部件设计方案
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AMESim中的液压相关专业库（非热）
HCD
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▪ 包处含理基固本体的材液料压之元间件的用热于交液换压。系它统是建基模于和瞬仿态真热传
▪ 液递式计建阻算模理库论用(H于R对)固. 体材料之间传统的热传递模
▪▪ 用热于液评价压液压库流体(T管H网Y中D的).压力损失和流量分布
▪▪
▪
液包热含压液基本元阻液压件库几设何(T构计H造R单库).元，(H用C于D建)立. 详细的液
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b AMESim多领域系统仿真
▪ 什么是系统仿真？
▪ 基于集中参数和物理元件数学模型 ▪ 仿真模型由多个物理元件模型组合而成
▪ 典型的设计目标 :
▪ 系统的时间响应是什么样的? ▪ 系统能够达到的最大油压是多少? ▪ 电机调速与控制？ ▪ 如何设计并优化控制参数?
▪ 如何降低能耗?（变量泵、负载感应技术）
阀门
▪ 如何创新设计阀门、泵和作动器？
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b AMESim液压与热液压相关专业应用库
在AMESim中有多个液压相关的专业库用于液压元件或系统建模仿真：
▪ 基热本库液（压TH库）(HYD).
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流体传动系统设计面临的挑战
基于MATLAB-AMESim的挖掘机铲斗电液比例系统模糊PID控制仿真分析
２０２０年７月第４８卷第１４期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＪｕｌ ２０２０Ｖｏｌ ４８Ｎｏ １４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２０ １４ ０３４本文引用格式：邹树梁，朱平平，谢宇鹏，等．基于ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ的挖掘机铲斗电液比例系统模糊ＰＩＤ控制仿真分析［Ｊ］．机床与液压，２０２０，４８（１４）：１６３－１６６．ＺＯＵＳｈｕｌｉａｎｇ，ＺＨＵＰｉｎｇｐｉｎｇ，ＸＩＥＹｕｐｅｎｇ，ｅｔａｌ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｏ⁃ｐｏｒｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍｏｆＥｘｃａｖａｔｏｒＢｕｃｋｅｔＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２０，４８（１４）：１６３－１６６．收稿日期：２０１９－０４－１６基金项目：湖南省教育厅科学研究项目（１６Ｂ２２７）；湖南省自然科学基金项目（２０１９ＪＪ５０４９７）作者简介：邹树梁（１９５６ ），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为机械系统设计与优化㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｕｓｌ２０１３＠１２６ ｃｏｍ㊂基于ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ的挖掘机铲斗电液比例系统模糊ＰＩＤ控制仿真分析邹树梁１，朱平平１，２，谢宇鹏１，２，邓骞１，２（１ 核设施应急安全技术与装备湖南省重点实验室，湖南衡阳４２１００１；２ 南华大学机械工程学院，湖南衡阳４２１００１）摘要：以某一型号液压挖掘机的铲斗电液比例系统为研究对象，针对电液比例系统存在的非线性㊁时变性等问题，利用ＡＭＥＳｉｍ建立该系统的基本物理模型；利用ＭＡＴＬＡＢ中的模糊工具箱设计适用于该系统的模糊ＰＩＤ控制器；结合ＭＡＴ⁃ＬＡＢ㊁ＡＭＥＳｉｍ软件各自的长处，完成联合仿真，比较ＰＩＤ与模糊ＰＩＤ两种算法的控制性能㊂仿真结果表明：与ＰＩＤ控制相比，铲斗电液比例系统在模糊ＰＩＤ控制下具有更好的轨迹跟踪性能㊂关键词：铲斗电液比例系统；模糊ＰＩＤ控制器；ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ联合仿真；轨迹跟踪中图分类号：ＴＰ２７３＋ ４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍｏｆＥｘｃａｖａｔｏｒＢｕｃｋｅｔＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍＺＯＵＳｈｕｌｉａｎｇ１，ＺＨＵＰｉｎｇｐｉｎｇ１，２，ＸＩＥＹｕｐｅｎｇ１，２，ＤＥＮＧＱｉａｎ１，２（１ ＮｕｃｌｅａｒＦａｃｉｌｉｔｉｅｓＥｍｅｒｇｅｎｃｙＳａｆｅｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＨｅｎｇｙａｎｇＨｕｎａｎ４２１００１，Ｃｈｉｎａ；２ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ，ＨｅｎｇｙａｎｇＨｕｎａｎ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｂｕｃｋｅｔｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｔｉｍｅ⁃ｖａｒｙｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｂａｓｉｃｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｙｓ⁃ｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＡＭＥＳｉｍ，ｔｈｅｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｕｚｚｙｔｏｏｌｂｏｘｉｎＭＡＴＬＡＢ，ａｎｄｔｈｅｊｏｉｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＭＡＴＬＡＢａｎｄＡＭＥＳｉｍ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＩＤａｎｄｆｕｚｚｙＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＰＩＤ，ｔｈｅｂｕｃｋｅｔｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｔｔｅｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｕｃｋｅｔｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍ；ＦｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＭＡＴＬＡＢ⁃ＡＭＥＳｉｍｃｏ⁃ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ０㊀前言液压挖掘机是结构最复杂㊁功能最典型㊁用途最广泛的工程机械之一㊂近些年来，随着工程机械机器人化的发展，液压挖掘机的自动化程度越来越高，越来越多的国内外单位利用电液比例技术对传统的液压挖掘机进行改装［１－３］，实现液压挖掘机的自动化㊁远距离作业㊂电液比例技术结合了电气控制及液压控制的优点，且成本相比于电液伺服控制更易于现代工业接受，但由于电液比例系统为非线性㊁时变性的高阶系统，不能实现较为有效㊁精确的控制㊂ＰＩＤ控制有较高的控制精度㊁鲁棒性好且具有良好的动态跟踪品质，目前在工程中得到了广泛的应用［４］㊂文献［５］中以液压挖掘机的动臂电液比例系统液为研究对象，在全局范围内搜索最优的ＰＩＤ参数组合，提高了动臂运动的动态性能㊂文献［６］中运用遗传算法对影响液压缸精度的ＰＩＤ控制参数进行优化，表明优化的ＰＩＤ参数可提高系统的动态性能㊂以上对ＰＩＤ参数进行了优化，但ＰＩＤ控制对模型的依赖性强，液压挖掘机通常在复杂多变的环境下工作，因此仅仅通过ＰＩＤ控制很难在系统变化时达到理想的控制效果㊂而模糊控制理论注重长期积累的操作经验，对被控系统模糊参数的变化有较强的适应能力［７］㊂本文作者对某一型号的液压挖掘机的铲斗电液比例位置系统的简化模型进行研究，将模糊控制与ＰＩＤ控制结合，弥补了单独使用ＰＩＤ控制时ＰＩＤ三个参数固定不变的控制模式，使系统具有更好的轨迹跟踪性能㊂１㊀挖掘机铲斗电液比例控制系统挖掘机铲斗电液比例位置阀控缸控制系统主要由指令元件㊁比例放大器㊁电液比例阀㊁液压缸㊁负载㊁位移传感器组成㊂图１为挖掘机铲斗电液比例阀控缸位置系统组成原理㊂其工作原理：位移传感器检测出负载的位移值ｙ（即液压缸活塞杆输出的位移值），经转换器转换为反馈信号Ｕｆ，将Ｕｆ与指令元件输出的信号Ｕｒ相比较，当Ｕｆ与Ｕｒ不相等时，产生偏差量Ｕｅ，Ｕｅ通过比例放大器放大并转换成控制电流信号Ｉ，Ｉ驱动电液比例阀中的比例电磁铁，比例电磁铁将信号Ｉ的大小和正负成比例㊁连续地转换成机械量推动阀芯运动，产生阀芯位移ｘｖ，使得进入到液压缸内的流量改变，继而可以推动液压缸活塞杆的运动，实现负载运动能跟随指令信号的变化而变化，最终输出的运动轨迹能较好地跟踪期望的运动轨迹，即Ｕｅ＝０㊂图１㊀挖掘机铲斗电液比例阀控缸位置系统组成原理２㊀挖掘机铲斗模糊ＰＩＤ控制器设计模糊ＰＩＤ算法的最大优势是不破坏原有ＰＩＤ的控制效果，依据系统的跟踪误差㊁跟踪误差变化率对ＰＩＤ参数按照所制定的模糊控制规则进行增量调节（增量可正可负）［８－９］，使系统具有更好的动态性能㊂模糊控制主要由模糊化㊁模糊推理㊁解模糊化组成㊂在ＭＡＴＬＡＢ的模糊逻辑工作箱中进行模糊化处理，设置误差ｅ㊁误差变化率ｅｃ㊁模糊ＰＩＤ的增量调节参数Δｋｐ㊁Δｋｉ㊁Δｋｄ的模糊论域㊂并将各参数的语言变量模糊集设为７个等级，分别为ＮＢ㊁ＮＭ㊁ＮＳ㊁ＺＯ㊁ＰＳ㊁ＰＭ㊁ＰＢ，各参数的语言变量值隶属函数选择为：左边变量ＮＢ取值偏小，可选择ｚｍｆ型函数；右边变量ＰＢ取值较大，可选择ｓｍｆ型函数［１０］；其余的中间变量选择灵敏度较高的ｔｒｉｍｆ型函数㊂按上述要求设置模糊论域㊁隶属函数并输入参数Δｋｐ㊁Δｋｉ㊁Δｋｄ的模糊控制规则调整表［１１］，采用Ｍａｍｄａｉｎ（曼达尼）型推理算法㊁ｃｅｎｔｒｏｉｄ（面积中心）法解模糊化，最后可以得到模糊控制规则示意图㊂本文作者以Δｋｐ为例，如图２所示，图（ａ）所示为Δｋｐ模糊规则的三维图，图（ｂ）㊁图（ｃ）为Δｋｐ模糊规则的二维图㊂由图２可以看出Δｋｐ模糊规则图变化平缓㊁无较大突变㊂图２㊀Δｋｐ模糊控制规则示意３㊀仿真分析３ １㊀ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ联合仿真为了实现联合仿真必须在ＡＭＥＳｉｍ中创建一个接口模块，在ＭＡＴＬＡＢ中创建一个Ｓ函数模块㊂ＡＭＥＳ⁃ｉｍ中接口模块的作用是为了将ＡＭＥＳｉｍ的物理模型导入到ＭＡＴＬＡＢ中，该接口模块的输入端为位移传感器的位移信号ｘ，输出端为通过ＭＡＴＬＡＢ计算得到的电液比例阀的控制信号ｕ㊂ＭＡＴＬＡＢ中Ｓ函数模块的作用是运行ＡＭＥＳｉｍ物理模型，该模块的输入端为电液比例阀的控制信号ｕ，输出端为位移传感器的位移信号ｘ㊂通过以上方式实现物理模型与控制系统之间数据的交换，完成联合仿真㊂３ ２㊀基于ＡＭＥＳｉｍ构建控制系统物理模型为了评估ＰＩＤ与模糊ＰＩＤ两种控制算法对液压挖掘机的铲斗电液比例阀控缸位置系统的控制效果，需建立该系统的物理模型㊂该系统的液压元件主要参数如表１所示，根据表中的数值在ＡＭＥＳｉｍ中建立了简化的系统物理模型，如图３所示㊂㊃４６１㊃机床与液压第４８卷表１㊀液压元件基本参数设置参数数值液压缸活塞直径／ｍｍ８５液压缸活塞杆直径／ｍｍ５５电动机额定转速／（ｒ㊃ｍｉｎ－１）２０００泵额定排量／（ｍＬ㊃ｒ－１）３００比例阀额定电流／ｍＡ８００比例阀固有频率／Ｈｚ７０比例阀额定流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）５００比例阀压降／ＭＰａ２比例阀阻尼比０．８溢流阀开启压力／ＭＰａ３０位移传感器增益１０负载质量／ｋｇ５００图３㊀ＡＭＥＳｉｍ物理仿真模型３ ３㊀基于ＭＡＴＬＡＢ构建控制模型在ＭＡＴＬＡＢ中建立的模糊ＰＩＤ仿真模型如图４所示，在ＭＡＴＬＡＢ中使用ＴｏＦｉｌｅ模块将仿真结果导出到文件，编写绘图程序画出仿真曲线㊂图４㊀ＭＡＴＬＡＢ控制仿真模型３ ４㊀联合仿真结果分析基于图３㊁图４的模型进行ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍＰＩＤ及模糊ＰＩＤ联合仿真分析㊂通过经验试凑法获取较为满意的初始ＰＩＤ参数：ｋｐ＝５０㊁ｋｉ＝０ １㊁ｋｄ＝０ ０５㊂（１）正弦信号跟踪仿真设定㊂频率为０ ２５Ｈｚ，幅值为６ｍ，正弦信号跟踪效果如图５所示，两种控制的正弦信号跟踪结果对比如表２所示㊂图５㊀正弦信号跟踪表２㊀２种控制下正弦信号跟踪结果对比控制方式最大误差值／ｍｍ滞后时间／ｓＰＩＤ控制３５００．３３３模糊ＰＩＤ控制８７．５０．１３３㊀㊀（２）液压缸实际挖掘运动规律仿真设定㊂为了确定在挖掘过程中铲斗期望轨迹所对应的各个液压缸的控制信号，文献［１２］中通过多次的挖掘操作得到动臂㊁斗杆㊁铲斗液压缸的运动控制信号，并进行线性化处理㊂本文作者参考文献［１２］并将铲斗液压缸的运动控制信号简化为图中的期望值曲线，实际挖掘运动规律跟踪效果如图６所示，２种控制下各阶段的调节时间变化如表３所示㊂通过图５ 图６和表２ 表３可以看出：模糊ＰＩＤ控制相比ＰＩＤ控制能有效减少最大误差值㊁滞后时间和系统的调节时间，提高了轨迹跟踪的响应速度和控制精度，表现出更为优越的轨迹跟踪能力㊂图６㊀实际挖掘运动规律㊃５６１㊃第１４期邹树梁等：基于ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ的挖掘机铲斗电液比例系统模糊ＰＩＤ控制仿真分析㊀㊀㊀表３㊀２种控制下实际挖掘运动规律调节时间对比运行时间㊀㊀㊀㊀调节时间／ｓ㊀㊀㊀㊀ＰＩＤ模糊ＰＩＤ０ ５ｓ２．０４３０．５３１５ １０ｓ１．９０７０．５２２１０ １５ｓ２．４９７０．８６２１５ ２０ｓ２．０８８０．４５４２０ ３５ｓ２．０４３０．８１７３５ ４０ｓ２．２７００．４６３４０ ５０ｓ２．７２００．４６８４㊀结论为进一步提高液压挖掘机铲斗电液控制系统处理非线性和参数时变的能力及铲斗的动态性能，本文作者利用模糊控制技术对某一型号的液压挖掘机电液比例控制系统进行设计和改进，并基于ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ进行联合仿真分析㊂仿真结果表明：相比ＰＩＤ控制方式，模糊ＰＩＤ控制方式能够实现对期望轨迹更为精确的跟踪并且能够较快地进行动作反应㊂在正弦信号跟踪图中，ＰＩＤ控制滞后时间为０ ３３３ｓ，模糊ＰＩＤ滞后时间为０ １３３ｓ，滞后时间缩短了６０％；在实际挖掘轨迹信号跟踪中，ＰＩＤ各阶段平均调节时间为２ ２２４ｓ，模糊ＰＩＤ各阶段平均调节时间为０ ５８２ｓ，调节时间缩短了７４％，因此模糊ＰＩＤ是提高铲斗电液比例位置系统轨迹跟踪性能的一种有效方法㊂参考文献：［１］王福斌，刘杰，陈至坤，等．小松液压挖掘机机器人化改造［Ｊ］．机床与液压，２０１０，３８（２２）：５２－５４．ＷＡＮＧＦＢ，ＬＩＵＪ，ＣＨＥＮＺＫ，ｅｔａｌ．ＲｏｂｏｔｉｃｉｚｅｄＲｅｆｏｒｍｆｏｒＫｏｍａｔｓｕＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１０，３８（２２）：５２－５４．［２］游杨，徐莉萍，任德志．挖掘机电液比例控制系统的设计［Ｊ］．机床与液压，２０１２，４０（２２）：８２－８４．ＹＯＵＹ，ＸＵＬＰ，ＲＥＮＤＺ．ＤｅｓｉｇｎｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＥｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１２，４０（２２）：８２－８４．［３］ＢＲＡＤＬＥＹＤＡ，ＳＥＷＡＲＤＤＷ．ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａｎＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｏｂｏｔｉｃＥｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎｄＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓ：ＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９８，２１（１）：７３－９７．［４］付甜甜，朱玉川，顾亚军．基于ＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍ的电液伺服系统模糊ＰＩＤ控制［Ｊ］．机床与液压，２０１６，４４（２０）：１４４－１４６．ＦＵＴＴ，ＺＨＵＹＣ，ＧＵＹＪ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ－ＡＭＥＳｉｍＪｏｉｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１６，４４（２０）：１４４－１４６．［５］李发喜，邓子龙．基于ＡＭＥＳｉｍ的挖掘机动臂液压系统的仿真与分析［Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２０１５，３５（５）：５４－５７．ＬＩＦＸ，ＤＥＮＧＺＬ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｘｃａｖａｔｏｒＢｏｏｍＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１５，３５（５）：５４－５７．［６］陈曦，解宁，郭津津．基于ＡＭＥＳｉｍ的比例阀控液压缸系统的仿真与分析［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（１３）：１６０－１６３．ＣＨＥＮＸ，ＸＩＥＮ，ＧＵＯＪＪ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＰｒｏｐｏｒ⁃ｔｉｏｎａｌＶａｌｖｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｙｌｉｎｄｅｒＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１３，４１（１３）：１６０－１６３．［７］骆云志，张春华，王钤．挖掘机器人电液比例位置自调整模糊ＰＩＤ控制技术研究［Ｊ］．兵工自动化，２０１４，３３（１０）：７２－７６．ＬＵＯＹＺ，ＺＨＡＮＧＣＨ，ＷＡＮＧＱ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｅｌｆ⁃ｔｕｎｉｎｇＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏ⁃ｈｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎＰｏｓｉ⁃ｔｉｏｎａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＲｏｂｏｔｉｃＥｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．ＯｒｄｎａｎｃｅＩｎｄｕｓｔｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１４，３３（１０）：７２－７６．［８］ＪＩＮＪＲ，ＨＵＡＮＧＨＳ，ＳＵＮＪＭ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎＦｕｚｚｙＳｅｌｆ⁃ａｄａｐｔｉｖｅＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＢｉｏｍａｓｓＢｏｉｌｅｒＤｒｕｍＷａｔｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＢｉｏｅｎｅｒｇｙＳｙｓｔｅｍｓ，２０１３，３（１）：９３－９８．［９］ＥＳＦＡＮＤＹＡＲＩＭ，ＦＡＮＡＥＩＭＡ，ＺＯＨＲＥＩＥＨ．ＡｄａｐｔｉｖｅＦｕｚｚｙＴｕｎｉｎｇｏｆＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｊ］．ＮｅｕｒａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，２３（Ｓ１）：１９－２８．［１０］石辛民，郝整清．模糊控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００８．［１１］窦艳艳，钱蕾，冯金龙．基于Ｍａｔｌａｂ的模糊ＰＩＤ控制系统设计及仿真［Ｊ］．电子科技，２０１５，２８（２）：１１９．ＤＯＵＹＹ，ＱＩＡＮＬ，ＦＥＮＧＪＬ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，２８（２）：１１９．［１２］王涛，陶薇．基于ＡＭＥＳｉｍ的液压挖掘机运动仿真及控制参数优化［Ｊ］．机床与液压，２００９，３７（７）：１８０－１８２．ＷＡＮＧＴ，ＴＡＯＷ．ＭｏｔｉｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｘｃａｖａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍＳｏｆｔｗａｒｅ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２００９，３７（７）：１８０－１８２．（责任编辑：张艳君）㊃６６１㊃机床与液压第４８卷。
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AMESim中的液压相关专业库（非热）
HCD
13 copyright LMS International - 2011
b AMESim液阻库/热液阻库 管接头
•对任何流体管网系统进行建模、分析和设计。 •建立简单管网流动，分支管网，树状管网以及回路及相互连 接的模型。 •对重力和离心效应进行建模。 •可以接受用户的专用数值来覆盖内嵌的数值。 •处理不可压缩流动和可压缩流动。 •可进行稳态和动态分析。 •对管网系统的规模没有限制。
从图中可以看到，当变量泵进入恒功率调节区域时，主泵的流量随着压力的升高而减小，但是主泵的吸 收功率基本保持恒定在53kW左右，实现了变量泵的恒功率调节。而且，仿真的单泵流量、功率曲线与实测 的单泵流量、功率曲线基本保持一致，说明仿真模型基本合理，能够仿真力士乐A8VO120恒功率变量泵的 动态特性和变量特性。
4 copyright LMS International - 2011
b AMESim多领域系统仿真平台
图形化模块化多学科系统建模
基于集中参数和物理元件数学模型 仿真模型由多个物理元件模型组合而成 每个物理元件模型用图标表示，且完全 参数化 流体、机械、热、电气与电磁、控制、 驾驶、发动机等40多个专业库 主要分析功能 动态响应分析 稳态分析 模态分析 频率响应分析、根轨迹分析 DOE、优化分析、蒙特卡罗分析 活性指数分析 阶次分析 实时仿真与硬件在环 与其它软件的无缝集成 多体动力学 CFD 控制系统
辅助元件：硬管、油箱
25 copyright LMS International - 2011
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
变量机构
负载感应控制器 主动压力截止
带压力截止阀和负载感应控制器的油泵模型
2011 26 copyright LMS International - 2007
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
传动等多种学科和子系统的耦合
工程机械
控制 电气 液压 机械 热
LMS为工程机械行业提供独一无二的机电液联合仿真
解决方案 控制-流体传动-电传动：b 机构动力学模型与被控对象：b Motion 拓展的耐久性分析：b Durability
AMESim流体传动建模实例：负载感应系统
优越性
节能：一个负载感应式变量泵只产生作动器所需要的流量
精确控制：由于通过调速阀的压差保持恒定，系统流量只和调速阀的开度有关
恒流控制：负载感应式泵能够在泵轴转速发生变化的时候为负载提供恒定的流量。当泵转速减小的
时候，只要排量未达到最大值，负载感应控制器就会增加泵的排量以维持通过换向阀的恒定的压差。
21 copyright LMS International - 2011
其它液压元件
油泵：在AMESim液压库中包含多种类型的油泵 (容积泵、离心泵等…)
油泵是转换元件：将机械能转换为液压能
作动器：液压作动器也是转换元件，将液压能转换为机械能 (反之亦然)
22 copyright LMS International - 2011
5 copyright LMS International - 2011
2
6 copyright LMS International - 2011
流体传动系统
流体传动系统设计面临的挑战
流体系统设计面临的挑战 匹配流体元件以开发最优的流体传动回路 提高系统和产品的质量(噪声，鲁棒性和 可靠性） 根据机械结构调整作动系统 降低能耗 (变量泵， 负载感应技术)
工程机械机电液系统仿真技术 b AMESim
LMS国际公司
程磊 LMS China
1 copyright LMS International - 2011
1
2 copyright LMS International - 2011
概 述
机电液系统一体化技术与LMS解决方案
在机电液系统中，存在机械、电子控制、电气与液压
14 copyright LMS International - 2011
AMESim中的液压相关专业库（非热）
HR
15 copyright LMS International - 2011
b AMESim建模：多层次多级复杂程度
b AMESim可以建立多层次多级复杂程度的流体系统模型，可以将元件的详细模
32 copyright LMS International - 2011
11
北汽福田应用：恒功率变量泵仿真分析
为验证变量泵仿真模型的正确性，进行了实验结果与仿真计算结果的对比。实测挖掘机的发动机功率为 125kW，采集挖掘机的一个工作循环过程中的主泵流量、压力、功率曲线。然后将实测压力曲线作为工作装 置负载加到变量泵仿真模型的负载输入端，将单泵的流量、功率仿真曲线与实际采集到的单泵流量、功率曲 线作对比，如下图所示。
开发和优化新型“智能”功能(自调平, 控 制策略, …) ：自适应负载和机器运动变化
7 copyright LMS International - 2011
流体传动系统设计面临的挑战
流体零配件设计面临的挑战
如何尽早确定流体系统中用到的各种流体元
件样机的规格尺寸？
如何提高产品的鲁棒性，规避偏差，控制泄
23 copyright LMS International - 2011
应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析
AMESim仿真模型
系统建模
轮式装载机
设计验证
结果曲线
仿真分析
24 copyright LMS International - 2011
典型负载感应系统组成结构3 4以轮式装载机负载感应系统为例，其组成主要包括：
Hydraulic library
Thermal hydraulic library
作用：
建模和分析工程机械液压系统设计方案、液压
元件选型，并确定系统参数 发现并解决工程机械液压系统中的常见疑难问 题，如压力峰值、压力脉动等
10 copyright LMS International - 2011
27 copyright LMS International - 2011
第二步：流量控制阀模型与验证
28 copyright LMS International - 2011
第三步：单作动器负载感应系统模型与验证
29 copyright LMS International - 2011
第四步：吊装架的机构运动模型
采用平面机构库元件模拟装载机的机构运动
30 copyright LMS International - 2011
第五步：完整的装载机负载感应系统模型与验证
31 copyright LMS International - 2011
北汽福田应用：恒功率变量泵仿真分析
采用AMESIM仿真软件建立力士乐A8VO120恒功率变量泵的仿真模型。用泵、管道、节流、活塞、弹簧、 传感器等基本元件，通过相应的物理连接构建变量泵的基本结构，用液压元件设计库中的元件构建恒功率 调节器和变量调节阀系统，并综合各个部件形成整体仿真模型。
型与流体系统回路的整体模型结合在一起进行综合分析。
16 copyright LMS International - 2011
液压元件
下图所示为在b AMESim液压系统模型中的不同类型的液压元件
作动器 液压容腔 液压阀
节流孔
油泵
液压管道
17 copyright LMS International - 2011
包含基本液压几何构造单元，用于建立详细的液
压元件模型，如燃油喷射器、控制阀等
热库（TH）
处理固体材料之间的热交换。 它是基于瞬态热传递计
算理论用于对固体材料之间传统的热传递模式建模
热液压库 (THYD). 热液阻库 (THR). 热液压元件设计库 (THCD).
考虑流体的温度变化、流体热交换、流体属性变化
19 copyright LMS International - 2011
管道模型
20 copyright LMS International - 2011
b AMESim液压阀模型
常用阀
安全阀
减压阀
可控安全阀 压力阀 单向阀
通用的滑阀
3
位6通
3位4通
3位3通 2位4通 2位3通
AMESim中的液压相关专业库（非热）
HYD
11 copyright LMS International - 2011
b AMESim液压元件设计库
特点：
基于液压零部件几何结构的模块化
细模型
建模方式 构建泵、阀、作动器等各类部件详
详细建立元件模型，同时考虑
• • • • • • • • •
运动体动态性能 流体可压缩性 限位和饱和 摩擦和泄漏 液动力 可变流量系数（雷诺数和流数） 可变容积 可变通流面积 液压力 Servo-valve
用途： 阀、调压阀、作动器…… 详细建立并验证零部件设计方案
12 copyright LMS International - 2011
可模拟各类液压零部件，如泵、单向
b AMESim液压与热液压相关专业应用库
在AMESim中有多个液压相关的专业库用于液压元件或系统建模仿真： 基本液压库 (HYD).
包含基本的液压元件用于液压系统建模和仿真
液阻库 (HR).
用于评价液压流体管网中的压力损失和流量分布
液压元件设计库 (HCD).
6