simulink与AMESim联合仿真

Simulink与AMSIM联合仿真的方法
虽然随着新材料、电机技术、控制学和先进制造技术等的发展，出现了用以取代目前所依赖的功率液压传动的功率电传技术，但是在现阶段，液压伺服作动系统仍然占据航空作动系统的主导地位。

主要原因是液压伺服作动系统具有其它伺服作动系统无法比拟的优势，具有容易得到大功率输出、高功率/重量比、响应快和低俗特性好的特点。

航空液压作动系统是目前飞机上最成熟的液压作动方式，大多直接采用飞机的中央液压源提供的恒压油，通过（伺服）阀来控制执行机构的双腔流量完成指令动作，精度高、响应快。

航空也要作动系统根据其发展历程一般分为以下四类：液压助力器、电液指令作动器、复合式伺服作动器和直接驱动阀式伺服作动器。

本文将主要对其关键技术进行深入分析，并提出关键技术的解决途径。

1 建模仿真技术
由于对航空液压作动系统自身结构比较复杂，对其自身的性能要求比较高，需要满足包括输出载荷、中立位置、额定行程、最大行程、行程余量、额定速度、最大速度、极限载荷、主控阀剪切力、门限、位置精度和滞环等的静态特性，满足包括频率响应和阶跃响应的动态特性，以及稳定性和阻抗特性要求。

银次，在研制航空液压作动系统的过程中，对其进行建模仿真非常重要。

通过仿真，可以对所设计的作动器性能有全面的了解，便于改进和完善设计。

传统的建模仿真分析手短一般采用数学推到加Simulink仿真的方式进行。

Simulink是美国Match Works公司开发的MA TLAB软件的可视化仿真环境，具有丰富的线性/非线性、连续/离散等控制系统仿真功能模块，具备神经网络、模糊控制等一系列先进的智能控制工具箱，非常适合进行航空液压作动系统的建模与分析，但其前提是基于用户建立的数学模型和其自身提供的结构参数化的功能模块。

而这已无法满足现在对仿真高精度和高准确度的要求。

而且Simulink本身没有专门针对液压流体仿真的工具箱，用户使用时要自己建立模型。

AMESim是法国Imagine公司推出的基于功率键合图的液压/机械系统建模、仿真机动力学分析软件，采用图形化的物理建模方式，具有复杂液压元件结构参数化的功能模块，也同样非常适合进行航空液压作动系统的结构参数化建模与分析，但是他的控制系统仿真功能模块相对较少，不具备神经网络、模糊控制等一系列先进的智能控制工具箱。

因此，采用Simulink和AMESim的联合仿真技术可以充分发挥二者的长处，建立准确快捷的仿真模型。

二者联合仿真的特点是：（1）采用Simulink和AMESim分别对航空液压作动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，仿真过程可继续保持Simulink 和AMESim在各自模型中使用功能，可正常使用各自的系统分析功能；（3）提供了标准语联合仿真两种工作界面，可以使用户自行确定Simulink和AMESim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）操作过程简洁，是操作者工作量大大降低，并能取得好的仿真效果。

Simulink和AMESim联合仿真的具体实现途径如下：通过AMESim中的界面菜单下的创建输出图标功能与Simulink中的S函数实现连接。

具体实现过程是在AMESim中经过系统编译参数设置等生成供Simulink使用的S函数，在Simulink环境中，将建好的包含其他Simulink 模块的AMESim模型当做一个普通的S函数对待，添入系统的Simulink模型中，从而实现Simulink和AMESim的联合建模与仿真。

为了实现二者的结合仿真，需要在Windows 2000或更高级操作系统下安装Visual C++ 6.0，AMESim 4.0与MATLAB 6.1以上版本（含Simulink），并对AMESim进行以下设置：
1）设置MATLAB路径列表。

a、打开MATLAB并选择菜单项File/Set Path…。

在打开的对话框中点击按钮Add Folder…，
这样将会出现一个路径浏览器。

b、将%AME%\matlab\amesim路径移到其中。

（%AME%是AMESim的安装路径）
c、点击确定。

保存并关闭对话框。

这样就可以讲以上路径添加到MATLAB的路径列表中了。

2）设置MATLAB环境变量。

在环境变量设置对话框中设置变量名“MATLAB”，值为MA TLAB安装路径的环境变量。

例如：MATLAB 6.5安装在D:\，则变量值为“D:\MATLAB 6p5”。

注意如果设置不正确，可能会出现各种错误，在设置正确以后，就可以分别AMESim和MATLAB/Simulink中建立模型进行联合仿真了。

但应注意以下事项：
a、当使用AMESim与MA TLab/Simulink接口时，必须选择“Microsoft Visual Studio”作为其编译器，否则Simulink程序将不能运行（因为只有该编译器才能产生Simulink仿真所需要的S函数）。

b、当第一次使用AMESim与MA TLab/Simulink接口时，包含Simulink模块的AMESim 系统在编译过程中会要求用户选择编译器。

这时可以在出现的编译窗口下方单击鼠标右键，将会出现一个“交互对话框”，在其中输入“Microsoft Visual Studio”所对应的数字，按“Enter”即可。

否则，程序将无法运行。

采用Simulink与AMESim进行联合仿真的具体操作步骤如下：
1）在AMESim的“草图模式（Sketch Mode）”中建立液压系统的模型。

先根据物理模型，选用适当的子模型搭建系统模型。

然后为Simulink的控制模型构造一个接口图标，方法为：在“草图模式中”，点击“接口（Interface）”菜单，选择“创建接口图标（Create interface icon）”，在绘图区出现的“接口图标创建（Interface Icon Creation）”对话框中选择输入、输出端口的数目，定义端口及图标名称，接口的类型。

将模型与接口图标相对应的部分连接起来完成整个模型的搭建。

2）在AMESim的“子模型模式（Submodel Mode）”中为系统的各个模块选择合适的数学模型，并存盘。

3）在AMESim的“参数模式（Parameter Mode）”中，输入系统中各个模型的参数。

4）进入AMESim的“运行模式（RunMode）”中，即将AMESim模型转化为Simulink 中可以调用的S函数。

此时，点击“工具（Tools）”菜单，选择“启动Matlab（Start Matlab）”，这样就可以自动打开Matlab了。

5）在Matlab的Simulink中建立控制系统模型。

6）在Simulink的“S-Function”模块参数设置对话框中设置S函数名为“前面保存的AMESim文件名加_”（注意：S函数名中不能缺少“_”符号），S函数参数设置为“1 0.01”。

其中第一个参数表示是否生成AMESim结果文件，1表示生成，0表示不生成；第二个参数则表示输出结果文件的时间间隔。

7）输入仿真参数，在Simulink内启动仿真即可进行联合仿真。

注意：仿真丝AMESim模型不能关闭，因为当关闭AMESim模型时，生成的S函数将会自动压缩为一个文件，Simulink将不能辨识调用。

图1所示即为采用Simulink与AMESi联合仿真技术所建立的直接驱动阀式伺服作动器的模型，仿真结果表明采用联合仿真技术对航空液压作动系统进行建模仿真分析，既能发挥AMESim软件突出的液压流体机械的仿真效能，又能借助MA TLAB/Simulink强大的数值处
理和控制算法实现能力，取长补短，取得完美的互补效果。

图1直接驱动阀式伺服作动器的simulink与AMEsim联合仿真模型
2 控制技术
忧郁航空液压伺服作动系统自身的特点，对其控制一般需满足如下要求：1、在满足稳态精度的前提下，尽量提高系统的动态特性，要求控制器能做到快速物超条地控制被控对象。

2、对于系统参数变化，外负载干扰和交叉耦合以及非线性因素引起的不确定性，控制系统应呈现较强的鲁棒性。

3、控制策略应具有较强的智能。

4、控制算法简单，实时性强。

5、控制器给出的最大控制量应能使动力机构的极限拖动能得以充分发挥，从而使作动系统具有较高的效率。

银次，航空液压伺服作动系统的控制应根据以上要求进行贵哈，常用的控制方法如下，发别予以分析。

2.1 PID控制
PID是Proportional（比例）、Integral（积分）和Differential（微分）三者的缩写，其方法是经典控制理论的代表，是连续系统中技术最成熟、应用最为广泛的一种控制调节方式。

PID的结构简单，参数易于调整，并在长期应用中已经积累了丰富的经验，特别是液压系统控制中，由于控制对象精确数学模型难以建立，系统参数又经常发生变化，运用限带控制理论分析综合要耗费很大代价进行模型辨识，且往往不能得到预期的效果，二采用PID控制并根据经验进行在线参数正定，可得到较为满意的控制效果。

由于传送的PID控制器采用线性组合方法，难于协调快速性和稳定性之间的矛盾，在具有参数变化和外干扰的情况下，难以保证系统具有较好的鲁棒性，而航空液压作动系统的参数是随时间变化的，参数程非线性变化。

银次，在相当多的情况下，不能取得令人满意的效果，今年来吸收智能控制的基本思想并利用计算机的优势，形成了模糊PID、自适应PID、模糊自适应PID、非线性PID等多种控制器。

目前，这些PID控制器均取得了较为满意的效果。

2.2自适应控制
针对航空液压作动系统的非线性和不确定性，自适应控制的应用非常广泛，因为自适应控
制算法能自动辨识时变系统的参数，相应地改变控制作用，使系统的性能达到最优或次最优。

当前应用最成熟的主要有2类，一为自矫正控制STC；二是模型参考自适应控制MRAC。

STC一般适用于慢时变的对象调节，而具有参数突变和突击家外负载干扰的液压作动系统往往不能满足要求，因残，液压作动系统中应用的自适应控制大多为MRAC或其变型。

吸收其他控制方法的优点，研究算法简。