（机械电子工程专业论文）基于amesim注塑机液压系统的建模研究.pdf

摘要 摘要 注塑机液压系统的建模仿真不仅可以预测系统性能，还可以对系统进行优化分 析。由于该系统比较复杂，传统的使用微分方程和差分方程进行建模仿真，难度及 工作量较大，仿真效果也不够理想。如何建立精度较高的模型，保证仿真效果是本 文的研究重点。 本文基于a m e s i m 仿真平台首先建立了系统元件模型，接着搭建了仿真系统， 并设计实验验证，最后提出了修正方法，保证了模型精度。主要研究内容如下： 1 ) 分析注塑机液压系统的组成、注塑动作循环、工作原理及其特点后，选择了 仿真软件a m e s i m ；说明了该液压系统的建模方法及步骤，且举例说明了建模步骤 中子模型的数学模型。 2 ) 分析了a m e s i m 的液压基本元件、非基本元件特点，说明了使用该软件的h c d 等库搭建非基本元件模型的方法、步骤，并提出了三种验证方法：搭建了一液压缸 的仿真模型，对比该软件液压库中的液压缸，结果表明了使用h c d 等库搭建元件模 型的精确性很高；使用h c d 等库搭建了系统重要元件的仿真模型，如二位三通液压 阀、泵源、液压缸；设计了液压缸的特性验证实验。 3 ) 为保证仿真精度，基于批运行，分析、设置了仿真系统的未知参数：对系统 影响较小的取经验估计值或软件默认值；影响较大的取参考范围值的中间值。 4 ) 为验证、修正仿真系统，设计了实验；基于l a b v i e w 编写了数据采集程序； 对比实验、仿真数据，结果表明了仿真系统不够精确，提出了基于a m e s i m 优化功 能识别未知重要参数的方法，修正了仿真模型；基于3 d sm a x 帛1 作了注塑机的运动 动画，直观展示了注塑机动作过程。 综上，本文基于a m e s i m 建立了注塑机液压系统的仿真模型，并提出了修正方 法；另外，本文所建系统元件模型具有通用性和可重用性；而且，文中提出的验证 元件仿真模型的三种方法，对同类研究具有参考价值。 关键词：a m e s i m ；注塑机；液压系统；建模：仿真；参数识别 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h em o d e l i n gs i m u l a t i o no ft h eh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ei n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e c a r ln o to n l yp r e d i c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m , b u ta l s oo p t i m i z ea n da n a l y z et h e s y s t e m b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h eh y d r a u l i cs y s t e m , t h et r a d i t i o n a lm o d e l i n ga n d s i m u l a t i o nu s i n gd i f f e r e n t i a le q u a t i o n sa n dd i f f e r e n c ee q u a t i o n si sd i f f i c u r ，w i t h u n s a t i s f a c t o r yr e s u l t s h o wt om o d e lt h es y s t e ma c c u r a t e l ya n de f f e c t i v e l yi st h ek e yo f t h er e s e a r c h b a s e do na m e s i ms i m u l a t i o np l a t f o r m , t h ec o m p o n e n t so ft h eh y d r a u l i cs y s t e mi s m o d e l e df i r s t l y t h e nt h es i m u l a t i o ns y s t e mi sb u i l t ，a n da ne x p e r i m e n ti sd e s i g n e df o r v e r i f y i n gi t f i n a l l y , e n s u r i n gt h em o d e lw i t hh i g ha c c u r a c y , ac o r r e c t i o nm e t h o di s p r o p o s e d t h em a i nr e s e a r c h e dc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： i ) a f t e ra n a l y s i n gt h ec o m p o s i t i o no ft h eh y d r a u l i cs y s t e mi ni n j e c t i o nm o u l d i n g m a c h i n e ，i n j e c t i o no p e r a t i n gc y c l e ，w o r k i n gp r i n c i p l ea n di t sc h a r a c t e r i s t i c ，s i m u l a t i o n s o f t w a r e - - a m e s i mi sc h o s e d ；t h i sp a p e re x p l a i d e dt h em o d e l i n gm e t h e da n ds t e p so f t h eh y d r a u l i cs y s t e m , a n dt h r o u g ha ne x a m p l e ，s h o w e dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f s u b m o d e l si nt h em o d e l i n gs t e p s i i ) t h ec h a r a c t e r i s t i co fb a s i ca n dn o n b a s i cc o m p o n e n t so fh y d r a u l i cs y s t e mi n a m e s i mi sa n a l y z e d ；a f t e rs h o w i n gh o wt om o d e l i n gt h en o n - b a s i cc o m p o n e n t s ，u s i n g h c d ，t h r e em e t h o d si s p r o p o s e dt ov a l i d a t et h em o d e l i n g ；t h es i m u l a t i o nm o d e lo f a h y d r a u l i cc y l i n d e ri sb u i l t ，a n dt h r o u g hc o m p a r i s o nw i t ho n ei nt h eh y d r a u l i cl i b r a r yo f t h es o f t w a r e ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ea c c u r a c yo ft h em o d e li sh i g h ；u s i n gh c d ，t h e s i m u l a t i o nm o d e l so ft h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t si nh y d r a u l i cs y s t e mi sm o d e l e d ，s u c ha s t w o p o s i t o nt h r e e w a yh y d r a u l i cv a l v e ，p u m ps o u r c e ，h y d r a u l i cc y l i n d e r ； a n da n e x p e r i m e n to fh y d r a u l i cc y l i n d e ri sd e s i g n e dt ov e r i f yi t sp r o p e r t i e s i i i ) e n s u r i n gt h ea c c u r a c yo f t h es i m u l a t i o n , b a s e do nb a t c h i n g ，t h eu n k n o w n p a r a m e t e r so ft h es i m u l a t i o ns y s t e mi sa n a l y s e da n ds e t ：o n e sw h o s ei m p a c to n t h e s y s t e mi ss m a l l e rt a k ee x p e r i e n c ee s t i m a t eo rs o f t w a r ed e f a u l t s ；a n dt h eo t h e r st a k e i n t e r m e d i a t ev a l u e so fr e f e r e n c er a n g e a b s t r a c t i v ) a ne x p e r i m e n ti sd e s i g n e dt ov a l i d a t ea n da m e n ds i m u l a t i o ns y s t e m ；t h ed a t a c o l l e c t i o np r o c e d u r e si sw r i t t e nb a s e do nl a b v i e w ；t h r o u g hc o m p a r i s o nt h es i m u l a t i o n d a t aw i t ht h ee x p e r i m e n td a t a ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es i m u l a t i o ns y s t e mi sn o tv e r y p r e c i s e ，s oam e t h o do ft h eu n k n o w ni m p o r t a n tp a r a m e t e r si d e n t i f i c a t i o nb a s e do nt h e o p t i m i z a t i o nf u n c t i o no fa m e s i mi sp r e s e n t e d ，a n dt h es i m u l a t i o nm o d e li sa m e n d e d ； b a s e do n3 d sm a x ，t h ea n i m a t i o no fi n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n ei sm a d e ，i n t u i t i v e l y s h o w i n gt h ea c t i o no fi n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e i nc o n c l u s i o n ，b a s e do na m e s i m ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e das i m u l a t i o nm o d e lo f h y d r a u l i cs y s t e mo fi n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e ，a n dp u t sf o r w a r da c o r r e c t i o nm e t h o d ； i na d d i t i o n , t h em o d e lo ft h ec o m p o n e n t so fh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ea r t i c l ei s v e r s a t i l e a n dr e u s a b l e ；m o r e o v e r , t h e p r o p o s e dt h r e em e t h o d s t ov e r i f i c a t et h ec o m p o n e n t s i m u l a t i o nm o d e l ，i su s e f u lt ot h es i m i l a rr e s e a r c h k e yw o r d s ：a m e s i m ；i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e ；h y d r a u l i cs y s t e m ；m o d e l i n g ： s i m u l a t i o n ； i d e n t i f i c a t i o n - p a r a m e t e r ! i i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( i nc h i n e s e ) v c o n t e n t s ( i ne n g l i s h ) v i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 s u b j e c tb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 1 1 1 1 s u b j e c tb a c k g r o u n d i 1 i 2 r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 1 1 2 s u b j e c tr e s e a r c hs i t u a t i o n 2 1 3 r e s e a r c hs t a t u so fs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi nh y d r a u l i cs y s t e ma th o m ea n d a b r o a d 3 1 3 i f o r e i g n 3 1 3 2 d o m e s t i c 4 1 4 c h o i c eo fs i m u l a t i o ns o f t w a r e 5 1 4 1 c h o i c eo fs i m u l a t i o ns o f t w a r e 5 1 4 2 a m e s i mi 1 1 t r o d u c t i o n 6 1 5 m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dk e yp r o b l e m s 7 1 5 1 s u b j e c ts o u r c ea n dm a i nr e s e a r c h c o n t e n t s 7 1 5 2 k e yp r o b l e m s 8 1 6 b r i e fs u m m a r y 9 c h a p t e r2a n a l y s i so fh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ei n j e c t i o nm o u l d i n g m a c h i n ea n di t sm o d e l i n gp r o c e s s 2 1 a n a l y s i so ft h eh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ei n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e 1 0 2 1 1 c o m p o s i t i o na n do p e r a t i n gc y c l eo f t h eh y d r a u l i cs y s t e m 10 2 1 2 w o r k i n gp r i n c i p l eo f t h eh y d r a u l i cs y s t e m 1 2 2 1 3 f e a t u r e so f t h eh y d r a u l i cs y s t e m 13 2 2 a n a l y s i so fm o d e l i n gp r o c e s s 16 v n 广东工业大学硕士学位论文 2 2 1 m o d e l i n gm e t h o d - 16 2 2 2 m o d e l i n gs t e p s 1 7 2 2 3 s u b m o d e ls e l e c t i o n 18 2 3 m o d e l i n gs t e p si ns u b j e c t 2 0 2 4 b r i e fs u m m a r y 2 0 c h a p t e r3m o d e l i n g a n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fc o m p o n e n t s 2 1 3 1 m o d e l i n gm e t h o do f n o n - b a s i ce l e m e n t s 21 3 1 1 c o r r e c t n e s so fm o d e l i n gb a s e do nh c d 2 2 3 1 2 m o d e l i n go ft w op o s i t i o nt h r e e - w a y v a l v eb a s e do nh c d 2 4 3 2 m o d e l i n go f p u m ps o u r c es y s t e m 2 7 3 3 m o d e l i n go f h y d r a u l i cc y l i n d e r 3 2 3 4 e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fc y l i n d e r c h a r a c t e r i s t i c s 3 2 3 5 b r i e f s u m m a r y 3 5 c h a p t e r 4m o d e f i n ga n d s i m u l a t i o na n a l y s i so ft h es y s t e m 3 6 4 1 m o d e l i n go f t h es y s t e m 3 6 4 2 p r o c e s s i n ga n ds e t t i n go f p a r a m e t e r s 3 9 4 3 s i m u l a t i o na n da n a l y s i s 4 2 4 4 b r i e fs u m m a r y 4 4 c h a p t e r5e x p e r i m e n t a lv e r i n c a t i o na n da m e n d m e n t o ft h es y s t e m 4 5 5 1 d e s i g no fe x p e r i m e n t 4 5 5 1 1 e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 4 5 5 1 2 c o l l e c t i o np r o c e d u r e so f p i s t o nd i s p l a c e m e n t 4 5 5 1 3 e x p e r i m e n t a ls t e p s 4 7 5 1 4 c o l l e c t i o ne x p e r i m e n t a ld a t a 4 8 5 2 e x p e r i m e n ta n a l y s i s 4 9 5 3 a m e n d i n gs i m u l a t i o nm o d e l 5 0 5 3 1 p a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o n 5 0 5 3 2 a m e n d i n gs i m u l a t i o nm o d e l 5 2 5 4 a n i m a t i o ns i m u l a t i o no fi n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e 5 4 5 o no j 5 4 v m c o n t e n t s i 5 4 2 a n i m a t i o no fi n j e c t i o nm o u l d i n gm a c h i n e 5 4 5 5 b r i e fs u m m a r y 5 6 c o n c l u s i o na n d p r o s p e c t 5 7 6 1 c o n c l u s i o n 5 7 6 2 p r o s p e c t 5 8 r e f e f e n c e s 5 9 p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gg r a d u a t e 6 4 s t a t e m e n to fo r i g i n a l i t y 6 5 a c k n o w l e d g e m e n t 6 6 a p p e n d i x 6 7 i x 第一章绪论 1 1 课题背景及研究意义 1 1 1 课题背景 第一章绪论 塑料注射成型机( 以下简称注塑机) 能够一次成型复杂制品，因具有生产效率高、 后加工量少、制品表面光洁程度好、废品率低等特点，现已成为塑料机械中最主要 的和最具有代表性的一种塑料加工设备【i 】。注塑机设备集成了包括伺服、变频、传 感、液压传动、冲压、注射成型等各种机械前沿技术，是一种集成度很高的机电液 一体化设备，它的技术很大程度上反映一个国家的机械、电子、液压等基础工业的 水平1 2 l 。 目前，注塑机已广泛应用于国民经济的各个部门及人们生活中的各个领域，在 国民经济中日益显示出极为重要的作用。我国是二十一世纪塑料工业最大的市场， 当前塑料制成品加工能力为2 5 0 0 万至3 0 0 0 万吨，预计到2 0 2 0 年达到5 0 0 0 万吨m 。 面对数量如此大的注塑产品需求，对制造厂商来说提高注塑机产品的市场竞争力变 得很有必要，因此，本文展开对本课题的研究很有必要和价值。 但是，传统的研究周期长、费用高、效率低，已不能够满足现代设计的快速性 和多样性要求【4 】。目前，计算机仿真技术取到了长足的进步，采用该法可以减少研 制阶段的设计、试验的工作量及物理样机数量，降低了研究成本；并提高了研制产 品的一次通过率；也能减少性能改进时的工作量，且效率高。因此，本文将基于仿 真技术展开对某型注塑机液压系统的建模研究。 1 1 2 研究意义 若能建立精确性较高的注塑机液压系统的仿真模型，则可进行以下分析： l 、通过仿真，比较方便对液压系统进行优化分析，为再设计提供依据，不仅可 以缩短设计周期，还可以减少试验。 2 、通过对仿真模型的动、静态特性仿真分析，可以及早地认识到该系统在动静 态特性方面存在的不足，从而采取改进措施，提高系统性能。 3 、通过仿真，了解单个元件，比如阻尼孔等，在系统中的作用及其重要程度， 广东工业大学硕士学位论文 判断可否不用此元件，这样可以简化系统、降低成本；也可尝试用简化单元代替复 杂单元，若能满足性能需要，则可改进系统。 4 、可以进行仿真调试，辅助真实系统的调试。 5 、可代替真实系统进行仿真试验，不仅可以降低真实元件、系统的磨损，而且 可以进行在真实系统上不方便做或难度高或没办法做的仿真试验。 综上，建立精度较高的仿真模型具有重要意义，所以本文基于a m e s i m 仿真平 台进行该液压系统的建模研究。 1 2 课题的研究概况 我国的注塑机从上世纪6 0 年代开始发展至今，已有近5 0 年的历史。从最古老 的人力手动注塑机，到液压手动、半自动、全自动，到今天的全电动注塑机，我们 见证了注塑机整个发展的过程，参与了整个发展过程i s 。塑机生产经过几十年的发 展，已经到了一个稳定发展的高峰时期，各注塑机生产厂家均不断完善注塑机的功 能、结构、质量【6 】。 我国是塑料制品消费大国，塑料制品尤其是普通塑料制品企业对注塑机有着庞 大的需求。然而，由于塑料加工领域的企业过小，产能过于分散，产业集中度不高， 造成了市场低水平竞争，相当部分的塑料制品企业只生产基本没有技术含量的日用 塑料制品和简单的工业用品，并且依靠劳动力成本低的优势以低价进入市场。这样 大部分下游制品企业缺乏使用高技术注塑机提高产品档次的能力，仅满足于一般的 加工设备，注塑机生产企业的技术创新难以获得市场回应，塑机企业的创新动力就 受到很大抑制，这使得我国注塑机产品主要集中在普通塑料制品的低端市场。 目前我国一般塑料机械产品的生产能力过剩，但缺少高精专用注塑设备，产品 附加值低，产业整体创新能力薄弱，缺乏重要的核心技术0 1 。 针对以上情况，为加快注塑机技术的发展，国内已有许多高校及公司研究者开 展了大量的研究工作。最早是以北京化工大学王兴天教授创建的p c 控制精密注射成 型实验台为代表：近年来四川大学、华南理工大学等单位进行了振动注射成型研究， 结果表明注射成型过程中引入振动力场，可以降低熔体粘度、增加流动性，从而达 到改善成型质量和节能的效果；宁波海航塑料机械制造有限公司研发的4 0 0 0 0 9 超大 型注塑机，能加工废旧塑料的1 5 0 0m m x1 2 0 0 衄的托盘嗍。在c a e 仿真分析方面， 如浙江大学进行了基于仿真的注塑机节能液压系统的研究【9 】，为节能研究提供新的 2 第一章绪论 研究方法；西北工业大学展开了对注塑机液压系统的仿真分析i i o ，为注塑机液压系 统的建模仿真提供了一定的参考价值；广东工业大学研究的注塑机混杂系统的建模 与仿真方法1 ，为注塑机系统提供了新的建模仿真研究方法。 尽管不少学者基于液压仿真技术展开了对注塑机液压系统的仿真分析，但他们 的研究也存在不足之处：元件模型验证较少：仿真模型建好后，只给出了很少的参 数，很多参数都未能给出；系统模型缺乏修正。本课题将基于a m e s i m 仿真平台【- 习 搭建注塑机液压系统模型，不仅克服了以上缺点，提高了仿真模型的精度。 1 3 国内外液压系统仿真技术的研究现状 1 3 1 国外 液压系统仿真技术始于2 0 世纪5 0 年代，当时h a n p u n ( 1 9 5 3 ) 和n i g h t i n g a l e ( 1 9 5 7 ) 运用古典控制理论中的传递函数法分别对液压伺服系统作了动态性能分析，反映了 时域、频域特性。虽然该法理论成熟、简单实用，而且函数中的参数与系统的性能 有直接的关系，很直观，直到现在仍被广泛采用1 1 3 1 ，但该法只限于线性系统，同时 这种方法主要适用于单输入、单输出及初始条件为零的情况。然而，液压系统一般 都存在较多的非线性因素，使用传递函数法对其动态特性进行分析具有一定的局限 性。 二+ 七十年代初期，国外开始进行液压元件和液压系统的计算机数字仿真研究。1 9 7 3 年，第一个直接面向液压技术领域的专用液压仿真软件h y d s i m ，由美国俄亥俄州 立大学( o s u ) 研制成功，但仅能进行动态特性的数字仿真计算，且输入复杂。七 十年代后期，随着液压流体力学、控制理论、优化设计、仿真、计算机等学科的发 展，特别是计算机的广泛应用，已经能够通过理论或实验方法建立液压系统的分析 数学模型。借助计算机的仿真，进行有关数据的优化和预测系统的性能，从而给液 压系统的设计提供了一个有力的工具。 七十年代末期以来，国外开发了许多精度高、速度快、功能方便的各类液压系 统静动态特性通用仿真软件。依据建模方法的不同，这些软件主要可分为两种。即 用状态方程方法建模的仿真软件和用键合图方法建模的仿真软件。绝大多数液压仿 真软件采用状态方程建模，如美国麦道飞机公司( m c d o n n e l ld o u g l a sa i r c r a f t c o m p a n y ) 率先开发的用以预测液压元件和系统工作性能的a f s s ( a d v a n c e df l u i d 3 广东工业大学硕士学位论文 s y s t e ms i m u l a t i o n ) 仿真软件包1 1 4 ，使液压设计从经验估计提高到定量分析的水平； 德国亚琛( a r c h e n ) 工业大学液压气动传动及控制研究所开发的d s h ( d i g i t a l s i m u l a t i o no fh y d r a u l i cs y s t e m ) 程序系统【l s 】【1 6 】，是应用较成功、流传较广的液压仿 真软件；瑞典林平大学为液压系统和元件的仿真而开发了通用程序h o p s a n 。这个 程序可以对包括以非线性微分方程表达的数学模型进行静态和动态仿真，也能进行 频率分析，程序员用f o r t r a n 语言写出所要描述的仿真系统子程序，每种分析方 法一个子程序。附属在模块上的参数( 质量、面积等等) 为所有子程序共有，因此很 容易检验参数变化对系统所有特性的影响；美国h y d r a s o f l 公司开发的h y s a n 动态仿 真软件 1 9 1 ，可以预示液压系统和元件的时间响应、稳定性和其它性能，输出包括瞬 态响应线图、压力、流量、位移、速度和加速度等参数的表图；此外，还有美国俄 克拉荷马州立大学开发的c a a s 软件( c o m p u t e ra i d e da n a l y s i sa n d s i m u l a t i o n p a c k a g e ) ，并在此基础上改进成基于节点法的分析仿真程序n m s a s 州o d e lm e t h o d f o rs y s t e m a n a l y sa n ds i m u l a t i o n ) ：德国斯图加特大学的r e k o n a 液压控制系统分析 软件等等例。 目前已开发出了几种采用键合图方法建模的液压仿真软件，如美国在八十年代 末开发的面向键合图的动力系统通用仿真程序e n p o r t t m ，已在一定的范围获得应 用；日本油空压学会从1 9 8 3 年到1 9 9 2 年8 月开发、研究并完善了动力系统仿真软 件b g s p ( b o n dg r a p h ss i m u l a t i o np r o g r a m ) 。b g s p 可以对机、电、液动力系统的键合 图作数学模型处理、数值模拟计算与仿真结果显示，它尤其适用于非线性机、电、 液综合流体动力系统的解析，但是用户在使用b g s p 时，需要先将流体动力系统转换 成键合图、并且在制作动力系统仿真输入程序时，需要严格遵循b g s p 的程序书写格 式1 2 2 1 1 2 ，1 。上述缺点妨碍了b g s p 的使用和推广。 1 3 2 国内 我国液压系统仿真技术研究起步较晚，自七十年代后期液压系统与元件的仿真 研究开始在我国蓬勃兴起，这为计算机技术引入液压行业，为我国液压技术的进一 步发展起到了积极作用。当时以浙江大学，上海交通大学，大连理工大学和航空航 天一些部门为主，通过引进国外仿真软件进行消化改进或自主开发，都取得了一些 进展。如上海交通大学自主研制开发的针对液压原理图的仿真软件包h y c a d ，它 在液压仿真技术与图形c a d 结合方面开创了良好的范例【2 4 1 ；浙江大学通过引进德国 4 第一章绪论 亚探工业大学的d s h 液压仿真软件对其进行了消化、移植和软件的二次开发工作， 推出了s i m u l z d 液压仿真专用软件；大连理工大学也在国内率先采用功率键合图的 建模方法，开发了s i m 1 的液压系统仿真通用软件包；北京航空学院研制出f p s 通 用仿真程序。此外，其他一些大学也在从事液压系统动态特性研究和液压系统建模 与仿真软件的开发【z s 】。自九十年代后期开始，液压仿真技术研究逐渐在我国兴起。 东南大学在原d s h 的基础上，结合窗口技术，开发了基于w i n d o w s 的d s h 软件版本。 另外，华中理工大学和大连理工大学等单位也进行了不步研究工作【2 6 】。目前浙江大 学、清华大学、大连理工大学、北京航空航天大学和华中科技大学等院校还在进行 着这方面的研究工作，并取得了一些较大的进展1 2 7 1 2 s ! 。 1 4 仿真软件选择 1 4 1 仿真软件选择 经过几十年的研究和发展，通过前人的不懈努力和刻苦钻研，迄今为止已积累 了不少宝贵的经验，仿真技术得到了长足的进步，仿真软件也层出不穷，综合系统 仿真软件也应运而生。具有代表性的有法国的a m e s i m ，波音公司的e a s y 5 ，美国的 s i m u l i n k 等。 下面对英国的b a t h f p 、瑞典的h o p s a n 、美国的s i m u l i n k 和法国的a m e s i m 这几个 液压仿真比较好的软件进行剖析1 2 9 1 3 0 1 ，以选择本研究所用仿真软件。 1 、英国的b a t h f p b a t l l 伊是专门用于液压与气动系统的时域仿真软件，由英国b a t h 大学传动与运 动控制中心开发。该软件采用面向原理图的图形建模方法，但原理图的编辑过程仍 然比较粗糙。该软件主要有以下三个方面的特点：面向原理图的建模；齐全的可扩 展的元件库( 包括液压、气动的标准元件库，管道库，子元件库，控制库，负载库) ； 将非线性仿真获得数据进行线性处理，以方便与控制包的连接。总体上离商品化还 有一段距离，仿真的速度也不太理想。 2 、瑞典的h o p s a n h o p s a n 软件由瑞典林平大学流体机械工程系统部开发，最早于1 9 7 7 年推出。拥 有丰富的液压元件子程序库，特别适合液压系统的仿真。软件最初是为微型机开发， 2 0 0 1 年发布了该软件w i n d o w sn t 版本，该版本还可以应用于实时系统的测量和控 广东工业大学硕士学位论文 制。软件的建模方法是元件传输线法，源于特征法和传输线建模。这种方法特别适 合并行计算，从而提高计算速度和实现分布计算功能。在传输线法上增加了可变时 间步长法，解决系统的刚性和断点问题，也能够描述元件间的因果关系。此软件还 拥有图形建模功能，建模功能较好，界面友好，编辑方便，但仍需编写程序。 3 、美国的s i m u l i n k s i m u l i n k 系统是m a t h t o o l s 公司的科学计算语言m a t l a b 的一个分支，主要用来实现 对工程问题的模型化和动态仿真。同时m a t h t o o l s 公司另外还开发的一些收费模块里 包含大量的机械、液压、气动模型，复制后可以使用。较新版本的s i m u l i n k 虽已有 对流体仿真的工具箱，但模型并不丰富，若需创建新的液压元件时，仍然比较复杂。 4 、法国的a m e s i m 。 a m e s i m ( a d v a n c e dm o d e l i n ge n v i r o m e n tf o rs i m u l a t i o no fe n g i n e e r i n gs y s t e m s ) ， 高级工程系统建模仿真环境，是法国i m a g l n e 公司于1 9 9 5 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。经过不断的完善与接口扩展，为流体、 机械、电磁等工程系统提供了一个较完善的综合仿真环境及灵活的解决方案 3 1 1 1 3 2 】。 a m e s i m 软件采用的建模方法类似功率键合图法，但要比功率键合图法更先进： 虽然两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，元件间均可双向传递数据，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，但是a m e s i m 建模法更能直观地反映系统的工 作原理，它所建立的系统模型与系统工作原理图几乎一样l 而且元件之间传数据个 数没有限制，可以对更多参数进行研究，可以研究功率键合图法所不能处理的气穴 等复杂现象，还可以应用不