虚拟仿真技术在液压系统中的应用

胡月霞

（包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头014000）

虚拟仿真技术是最近几年发展起来的一门具有综合性的新兴学科，它涉及到了计算机系统分析、图形技术、控制理论、人机交互技术、传感技术、可视化计算机交互建模技术等技术。利用计算机图形技术进行图形化建模、模拟真实情境，使仿真系统具有了沉浸性、可操作性、构想性、可视化的功能。

1 辅助建模

虚拟仿真系统模拟现实就需要将真实世界的事物在数字空间表现出来，基于计算机图形技术的自动建模系统还处于半自动化状态，但通过将计算机图形技术产生的系统图形传给仿真系统软件，而后由仿真软件利用公共的图形转换将用户建立的三维图形模型自动转化为仿真程序，极大地降低了虚拟现实的建模成本及建模环节。

2 虚拟仿真系统中液压仿真建模环境的建立

功率键合图是源自于美国的一种技术，结构简单明了、包含巨大的信息量，同时具有拓扑性能够推导数学模型，如果能够将现代化的可视化交互建模技术、图形技术、面向对象的技术、虚拟仿真技术、模块化的建模技术，以及键合图自动建模技术有机结合。采用液压原理图形的输入方式结合键合图进行建模，然后编写计算机程序，让计算机在后台处理将液压系统转化为键合图，就可以克服键合图对用户要求过高的缺陷，同时能够体现出键合图在建模方面所具有的优势。为此，作者通过本文研究计算机图形技术结合键合图建模的液压仿真系统的应用，同时提出了一个基于可视化交互建模技术、图形技术、面向对象的技术、虚拟仿真技术、模块化的建模技术构建液压仿真建模的环境。

3 可视化交互建模环境的体系结构

图1 可视化建模环境的体系结构图

如图1 所示，可视化交互建模环境由液压原理图、功率键合图以及描述文件这三个小模型建立子模块共同组成。在这三个小模型中液压原理图的子模块和功率键合图的子模块为用户营造了图形编辑环境，液压仿真系统的用户可以通过图形编辑界面来建立所需要的仿真模型。

（1）液压原理图建模模块。液压原理图建模的各个子模块是可视化交互建模环境的核心，该模型建模效率高，容易被理解，比较适合大众液压工程技术人员使用。液压原理图的模块主要由液压元件图形库、图形识别器以及液压元件模型描述库这三部分组成。液压元件图形库是给液压原理图的创建准备了图形表达的载体，而液压元件模块描述库主要是为绘制的液压元件构建基于功率键合图描述的数学模型，这二者之间具有相互对应相互依存的关系。图形识别器是整个液压原理图基于键合图建模的关键，主要负责完成数字化描述向字符化描述的转变。液压原理图建模的各个子模块的功能如下所述： 基于液压元件图形库以及液压元件模型描述库，在VIM 标准环境配置下提供的图形编辑器中绘制研究虚拟仿真系统的液压原理图。在上述过程中，通常采用了图形绘制、模型优化提取、图形显示拓扑连接关系以及输出输入同步进行的方式。这样在使用中用户只需在操作界面绘制原理图就可以完成建模信息的输入，不再要求编写专门的程序输入不同液压元件之间的拓扑连接关系以及编程调用模型信息，降低了使用难度缩减了用户的工作量，同时使得整个液压原理图建模的过程简单有效。

（2）功率键合图建模模块。功率键合图一般使用字符表示，因数学符号的约定与语法规则不同，二者之间存在较大差异，但利用键合图建模的这种方式是目前普遍能够接受的表示方法。因此，在液压系统可视化建模环境下结合功率键合图进行图形建模的方式是一种行之有效的方式。功率键合图建模的各个子模块主要具有以下两个功能：一、在图形编辑的界面中，结合键合图元素图形库提供的支持，创建虚拟仿真液压系统所需的功率键合图，同时利用图形翻译器将前面所创建的键合图转换翻译成后续虚拟仿真模块能够快速识别的描述文件；二、整合原理图以及描述文件等模块提供的系统模型信息，使用键合图自动生成器自动生成液压虚拟仿真系统键合图模型的图形表达，与此同时将原理图模型的各个动态因素进行局部调整。

（3）描述文件建模模块。液压系统通用的SIM图形环境一般采用描述文件作为虚拟仿真系统的建模方式。可视化交互建模环境为了提高与原虚拟仿真软件包在文件表达上的兼容性，采用该种建模方式，同时在此基础上进一步强化了之间的交互功能。经过强化的描述文件模块新增了文本编辑器，改进了它与键合图建模模块之间互通信息的通信接口，这样开发人员就可以直接在描述文件模块所设置的编辑环境里进行建立、编辑、修改系统模型，还能够将描述文件利用转换器自动转换为键合图的表达方式。

4 结 语

随着计算机虚拟仿真技术已经成功的为系统分析、定性研究，模块设计以及成果的检验，提供了一些可供借鉴的经验，也为工程界及相关企业带来了直接的效益，在液压系统中应用计算机图形技术进行模拟仿真已成为今后发展的一个主要趋势。