基于AMESim的液压仿真应用现状

基于AMESim的液压仿真应用现状

摘要：AMESim是专门用于液压/机械系统建模、仿真及动力学分析的软件。本文对AMESim 做了简单的介绍，从工程应用角度出发归纳总结出AMESim软件的建模方法和基本特征，简单地介绍了AMESim在液压仿真中的应用现状及未来发展方向。

关键词：AMESim；液压；仿真

前言

AMESim为用户提供了一个图形化的时域仿真建模环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。可以使用已有模型和（或）建立新的子模型，来构建优化设计所需的实际原型，可修改模型和仿真参数进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果，界面比较友好、操作方便。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计，降低了开发成本和缩短开发的周期，所以AMESim被广泛应用于液压仿真中。

1AMESim简介[1]

对液压元件或系统利用计算机进行仿真的研究和应用己有30多年的历史，随着流体力学、现代控制理论、算法理论、可靠性理论等相关学科的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，液压仿真技术也日益成熟，越来越成为液压系统设计人员的有力工具，相应的仿真软件也相继出现。目前，国内外主要有AMESim, Hop-san,ADAMS / Hydraulics、EASYS、Matlah / simulink,SIMULZD、Dshplus, FluidSIM, automation studio、20-sim, HyPneu等11种液压仿真软件。法国IMAGINE公司于1995年推出基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件，即AMESim，全称为Advanced Environment for Performing Simulations of Engineering Systems(高级工程系统仿真建模环境)，该软件包含IMAGINE技术，为项目设计、系统分析、工程应用提供了强有力的工具。它为设计人员提供便捷的开发平台，实现多学科交叉领域系统的数学建模，能在此基础上设置参数进行仿真分析。AMESim软件中的元件间都可以双向传递数据，并且变量都具有物理意义。它用图形的方式来描述系统中各设备间的联系，能够反映元件间的负载效应和系统中的能景和功率流动情祝。该软件中元件的一个接口可以传递多个变量，使得不同领域的模块可以连接在一起，这样大大简化了模型的规模；另外，该软件还具有多种仿真方式，如稳态仿真、动态仿真、批处理仿真、间断连续仿真等，这可以提高系统的稳定性和保证仿真结果的精度。

1）AMESim建模方法[2]

键合图由美国的H. M. Paynter于20世纪60年代初发明。它以图形方式来表达系统中各元件间的相互关系，反映元件间的负载效应及系统中的功率流动情况。由功率键合图可以直接写出适于仿真的状态方程，且与基于现代控制

理论的状态变量数学模型之间存在严密对应的内在逻辑关系，用这种方法为系统动态过程分析和建模提供了很大的方便。 AMESim软件采用的建模方法类似于功率键合图法，但要更先进一些。相似之处在于二者都采用图形方式来描述系统中各元件的相互关系，能够反映元件间的负载效应及系统中功率流动情况，元件间均可反向传递数据。规定的变量一般都是具有物理意义的变量，都遵从因果关系；不同之处在于AMESim更能直观地反映系统的工作原理。用AMESim建立的系统模型与系统工作原理图儿乎一样，而且元件之间传递的数据个数没有限制，可以对更多的参数进行研究。它采用复合接口，即一个接口传递多个变量，简化了模型的规模，使得不同领域模块之间的物理连接成为可能。

2）AMESim基本特征[3]

(1)设计框架

作为软件设计包，AMESim为用户提供了一个完整的时域仿真(包括线性分析及各种专业特性)建模环境。工程师可使用已有模型和(或)建立新的子模型元件，来构建优化设计所需的实际原型。

(2)用户界面

易于识别的标准Iso图标和简单直观的多端口框图，为用户提供了一个友好的界面，方便用户建立复杂系统及用户所需的特定应用实例。

(3)求解器

算法自适应和强大的不连续性处理能力基于最先进的数字积分器，AMESim 求解器根据系统的动态特性，在17重可选算法中自动选择最佳积分算法，并且有精确的不连续性处理能力，正是AMESim这些独特的技术，保证了仿真的速度和精度。

(4)应用库

12个开放的模型库基于物理原理和实际应用，包含大量一维流体/机械系统设计及仿真必须的模型。用户无须是仿真专家，轻易便可获得最新专业技巧。

(5)超元件功能

超元件功能使用户可以将一组元件集成为一个超元件，后者可以像普通元件一样使用。由于多端口方案等原因，AMESim的超元件功能与其它软件的相应特性具有本质的差别。

(6）开放性

内置与c(或Fortran)和其它系统仿真软件的接口。借助此特性，用户可以在AMESin环境中访问任何C或Fortran程序、控制器设计特征、优化工具及能谱分析等工具。同时用户还可以将一个完全非线性AMESim子模型输出到一个CAE或多媒体软件中去。

（7) AMESet子模型编辑工具

借助于AMESet用户可自己开发标准的、可重复使用的、便于维护的、并附

有完整文档的模型库。

(8)模型库

标准库:机械一控制。

可选库:液压一液压管路一液压元件设计(即原来的AMEBel)液压阻力一气动一若一热流体一冷却一动力传动一填注。

（9) AMERun模块

AMERun®是快速运行和观察不同设计方案效果的理想工具。AMERun是AMERun®的运行版，提供标准AMESim环境中设置模型参数、执行仿真及分析时可使用的全部特征。借助于AMERun，工程师可与不熟悉建模和计算机仿真的人共享其已验证过的、仔细测试过的和客户化的AMESim模型。

（10 ) AMERun的功能

①借助于AMERun，用户可修改模型和仿真参数、进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果。所有功能强大的工具，比如FFT、线性分析特性、动画、敏感性及参数研究均可实现，而无须任何编码。②借助于强大的AMESim客户化特征，终端用户只能访问指定信息、加载预先定义的绘图设置、自动产生仿真报告。③模型保护验证:AMERun禁止终端用户修改模型结构和建模假设，来达到保护模型的目的。而且，敏感信息可在有密码保护的子模型中加锁。AMERun允许用户与其内部或外部的伙伴安全的共享模型。

(11)AMERSet模块

借助于模型编辑工具AMESet®用户可按照下列步骤方便地扩充AMESim模型库，从而创建自己所需的特定部件模型。

①设计图标并定义其连接端口，然后，指定端口类型:机械(旋转或直线)、液压、气动、电动、信号、热力及其它。②定义子模型的参数和变量名并选择单位。③ AMESet为子模型生成C或Fortran语言(可选)代码框架。④最后，为子模型构造方程。

此外，用户还可以访问AMESim子模型库的源代码。这种特性对发现某些建模技巧非常有用，使用户能够直接建模而无需总是从草图开始。AMESet还允许用户将几个复杂程度不同的子模型捆绑成单一部件图标。

2AMESim的应用现状

1)在液压系统的建模与仿真中的应用[4]

AMESim为用户提供了一个图形化的时域仿真建模环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。可以使用已有模型和（或）建立新的子模型，来构建优化设计所需的实际原型，可修改模型和仿真参数进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果，界面比较友好、操作方便。使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的模型都经过严格的测试和实验验证。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计，降低了开发成本和缩短开发的周期。所以AMSsim被广泛地应用