基于AMESim的工程机械液压系统建模与仿真技术研究

（西安职业技术学院机电工程系，西安，710032）

基于AMESim的工程机械液压系统建模与仿真技术研究

高 凯

（西安职业技术学院机电工程系，西安，710032）

本文在研究了液压系统发展的实际之后，提出了通过AMESim软件对工程机械液压系统进行仿真建模的方式，通过这种方式能够准确、便捷的对液压系统的性能进行预测，并能够对其进行整体的分析与评估。

AMESim软件;工程机械液压系统;仿真;建模

0 引言

科学技术的发展给工业领域带来了新的冲击，在当今信息化的社会，工业必定离不开信息技术。本文在分析了液压系统的建模与仿真的基础上，对AMESim软件及其使用流程进行了较为详细的分析。通过使用AMESim软件对工程机械液压系统进行仿真建模，大大节约了研究系统性能与精度的时间，同时更加直观的展现了液压系统的工作原理与状态。

1 液压系统的建模与仿真

1.1液压系统建模类型选择

我们都知道液压系统关键是其非线性的连续时间的动态分析，在具体的建模过程中，可以分为两种模型，即分布参数建模和集中参数建模。本文在研究中选择的是集中参数建模。这种方式的优势在于可以简化被建模对象的数学模型，并实现系统仿真功能，通过这种方式有利于研究液压系统的动态特性。

图1 液压转向器的功率键合图

图2 基于AMESim的液压系统模型

集中参数建模又可以分为两种，一种是基于信号流建模，另一种是基于功率流建模，前者在控制领域使用的比较多一些，如Matlab的Simulink模块就是通过这种方式进行建模的；后者主要是通过运用功率键合图实现的，从逻辑上来看，键合图与系统的动态数学模型是相一致的，图1即为液压转向器的功率键合图。压系统的特点，本文在研究中采用的是将二者结合的方式，通过在元件之间设置端口的方式来传递数据，我们将这个端口称之为多端口，通过这个端口既能够传递控制数据信号，又能够传递功率信号，例如本文研究中的AMESim软件中运用的就是这一方法，图2即为通过AMESim软件建立的液压系统模型，为了更加直观的说明端口在其中的作用，直接通过图3来展示了部分元件的端口数据传递。

图3 部分元件的端口数据传递

1.2液压系统的建模过程

在液压系统中，用来描述其动态的数学模型是动力学模型和热力学模型，一般情况下，液压系统数学模型的建立有两种方式，即理论法与实验法。前者多在研究对象各相关理论较成熟的情况下使用，从其理论出发，通过机理分析寻找系统内在规律，再通过数学计算构建其系统的数学模型。本文结合液压系统的理论实际与实验研究，认为理论法能够更精确的确定出模型结构，因此最终本文选择了通过理论法对其进行研究。

建模的过程实际上就是将系统进行概括、抽象和数学解析处理的过程。通常由以下三个阶段来实现：

第一，进行子系统的划分。通常情况下，我们并不容易直接建立液压系统的动态模型，因此需要先将整个液压系统进行分解，将其分解成若干子系统，他们之间可以实现互相连接，并进行能量和数据信息的传递。

第二，建立基本模型。关于液压系统的基本模型，主要包含三种，即：有阻性元模型、容性元模型和感性元模型，这三种基本模型都是基于功率流建模，通过功率流实现数据的传输，其建立的目的就是为系统研究提供一种方式和手段。

第三，集总模型。关于集总模型的建立，主要是以上述子系统的建立为依据，通过相应的程序将其进行归纳整理。当然，这一归纳整合的过程并不是将子系统简单的组合，需要充分结合其工作原理进行有效的连接，并以此为依据分析数据流向，同时还要实现元件模型的在数据信息输入、输出等方面功能。

2 基于AMESim的工程机械液压系统建模与仿真

2.1AMESim软件

AMESim是一种应用于多种领域的仿真集成平台，通过创建多物理场仿真模型，并进行计算来研究复杂的系统特性。它最初由Imagine公司设计，随后该公司被LMS公司收购，并将原来AMESim升级为LMS Imagine.Lab AMESim，实现了存储和管理在不同部门的机械和控制的模型以及数据，为诸多领域提供了一个完整的仿真平台。他可以为用户提供各种分析工具，如模型简化工具，频谱分析工具，线性化分析工具，模态分析工具等，从而能够更好的协助用户对自身系统进行精确的分析并优化。

此外，AMESim 软件还提供了接口，如Matlab（控制软件接口）、dSPACE（实时仿真软件接口）、OPTIMUS（优化软件接口）等。

2.2基于AMESim 的建模与仿真流程

通过AMESim软件，能够进行草图创建工作，还能够更改元件和连线的子模型，设置子模型参数以及进行运行仿真。这些步骤的实现需要经过四个工作模式，即草图模式、子模型模式、参数模式和仿真模式。下面我们就主要分析这一流程：

①草图模式

在草图模式下，既可以对已经存在的系统执行修改、删除某个元件子模块的操作，也可以进行新系统的创建。其中，建立新系统时需要从模型库中选择合适的模型，AMESim软件中有十五个模型库，四百多元件。图4就是在这种模式下建立的液压挖掘机模型。

图4 草图模式下的液压挖掘机模型

② 子模型模式

系统建成之后，需要进入下一步子模型模式，通过这一模式，根据系统中元件需求，选择器合适的子模型，若上一步中建立的系统并不合理，那么就不可以根据AMESim要求建立正常循环，也就不能进入到此步骤的子模型模式，一般若没有特殊变化，可以直接选择AMESim中图标，AMESim就会直接为系统选择默认的子模型。

③ 参数模式

在这一模式下，可以对子模型的参数执行检查、更改、设置等操作。在AMESim中直接点击图标，便可以进入这一模式，点击之后，会弹出参数设置的对话框，根据实际需求进行设置即可。另外，这一模式下AMESim可对系统进行编译，编译器产生包含系统参数的可执行文件，从而使仿真得以运行。

④ 仿真模式

在这一模式下，就可以实现运行仿真、进行当前系统的线性化、完成线性系统的各种分析等。在AMESim中直接点击图标，就可以添加运行参数了，会出现开始运行、停止运行模式。通常情况下，我们只需要将仿真开始、结束时间、通信间隔、最大时间步长以及误差限填写清楚，就可以开始进行仿真，并能够得到较为准确的仿真结果。

3 结论

综上所述，随着科技的发展与进步，对工业中液压系统的性能等提出了更高的要求，本文从液压系统的建模与仿真入手，通过对AMESim软件的相关介绍，着重分析研究了基于AMESim的工程机械液压系统建模与仿真技术。经研究发现，通过使用AMESim对机械液压系统进行建模仿真是一种有效的方式。

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高凯，男，1974年10月出生，陕西省西安市人，高校讲师 ，研究方向：机电和汽车

AMESim engineering machinery hydraulic system modeling and simulation based on

Gao Kai
(Xi'an Vocational and Technical College Department of electrical and computer engineering,Xi'an 710032)

In this paper,after the actual research of the hydraulic system development,put forward the simulation modeling of engineering machinery hydraulic system through AMESim software,by this way can make the performance of the hydraulic system is accurate,convenient,and can analyze and evaluate the whole body.

AMESim;hydraulic system;simulation;modeling