amesim在液压位置伺服系统仿真中的应用

amesim在液压位置伺服系统仿真中的应用

0基于amesim的平台法国imgain开发的amesim（先进的建模和系统架构）被称为系统工程的高级建模和模拟平台。这是目前最先进的系统工程、液压库理论、模拟和力学分析软件。为用户提供一个完整的系统工程设计平台，可以构建复杂多学科系统的数学模型，并在此基础上进行模拟计算和深入分析。AMESim友好的图形化界面使得用户可以通过在完整的应用库中选择需要的模块来构建复杂系统的模型并能方便地进行优化设计,非常适用于机械与液压领域的设计。AMESim软件从方案到仿真只需四个步骤:①Sketch:从不同的应用库中选取现存的图形模块来建立系统的模型;②Submodels:为在不同的应用层次上的元件选择数学模型(给定合适的模型假设);③Parameters:为元件设置模型参数;④Simulation:运行仿真分析并绘出仿真结果。1pm软件的特点和原始技术1.1算法的选择和动态调整AMESim的智能求解器能够根据用户所建模型的数学特性在17种优化算法中自动选择最适合模型求解的积分算法,并根据在不同仿真时刻的系统特点动态地切换积分算法和调整积分步长以缩短仿真时间和提高仿真精度。内嵌式自动数学不连续性处理工具解决了间断点的问题,使显式、隐式方程组均可求解。1.2求解工具及工具AMESim提供了一个齐全的分析工具以方便用户分析和优化自己的系统,包括线性化分析工具(系统特征值的求解,Bode图,Nichols图,Nyquist图,根轨迹分析)、模态分析工具、频谱分析工具(快速傅里叶转换FFT,阶次分析OrderAnalysis,频谱图Spectralmaps)以及模型简化工具(ActivityIndex)。机构运动的可视化AMEAnimation能自动生成机构可视图形。1.3优化工具在满足给定的设计目标及遵守约束条件的情况下搜索最优设计,可采用非线性二次规划算法(NUPQL)、遗传算法(EA)、蒙特卡洛算法。1.4创建新的国家小模型AMESim系列产品中的AMESet为用户提供了一个标准化、规范化和图形化的二次开发平台,您可以通过创建新的图标和模型(子模型)来扩充AMESim应用库。用户不仅可以直接调用AMESim所有模型的原代码,而且还可以把用户自己的C或FORTRAN代码模型以图形化模块的方式综合进AMESim软件包。1.5仿真模式分类AMESim具有多种仿真运行模式,包括动态仿真模式、稳态仿真模式、间断连续仿真模式以及批处理仿真模式。用户可以进行稳态分析、动态分析和参数优化。1.6仿真模型功能AMESim提供了一个将高可靠性的物理系统模型直接转换成经验证实的实时仿真模型的独一无二的功能。AMESim提供模型简化工具、合适的积分算法以及实时仿真平台,采用AMESim的实时仿真功能可以大量地减少在开发过程中由于设计过程集成的延迟造成的不确定性,从而大大地提高产品的质量和可靠性。2系统运行仿真结果一液压位置伺服系统由液压缸、位移传感器、伺服阀等元件组成,其仿真原理见图1。四通滑阀作为转换放大元件把输入的位移信号转换并放大成液压信号输出至液压缸,液压缸作为执行元件带动负载移动,同时,缸体的输出信号经位移传感器反馈至阀体,并与滑阀的输入信号进行比较,如有偏差(即有开口量),缸体就继续移动,直至偏差消除为止。滑阀通过控制其开口度,可按比例地控制液压缸活塞杆的前进或后退。仿真过程如下:首先进人AMESim环境,利用Sketch模式并调用系统提供的液压库、机械库和信号库构建如图1所示的系统原理图。为元件选取数学模型,本系统中可使用Premiersubmodel功能选择最简单的数学模型,只需将连接液压缸与伺服阀的管道设置为可压缩加摩擦的管道模型HL01。接下来在Parameter模式下对仿真模型中的每个图形模块设置我们所期望的参数值。设定系统参数如下:活塞杆初始位移0.5m,质量100kg;三位四通伺服阀各通路流量7L/min,压降105MPa;泵排量100mL/r,转速1000r/min;位移传感器增益10;发动机转速1500r/min。运用批处理功能设定放大器增益分别为100、200、500、1000,最后设定仿真时间为2s,采样周期0.001s,在Run模式下运行仿真模型便可以得出仿真结果。图2为放大增益K为100、200、500、1000时液压缸活塞杆的位移曲线,图3为在放大增益K为100、200、500、1000批处理运行的情况下活塞杆的速度曲线。系统在前1s的时间内经过偏差比较和调整后达到了稳定状态。从图2中可以看出,改变放大器的增益对活塞杆的位移没有影响,而从图3可看出它对活塞杆的速度有很大影响,当K达到500后,速度将会出现严重的波动情况,造成系统不稳定。图4和图5分别为三位四通伺服阀各通路P、T、B、A的流速和压力曲线。系统在不稳定阶段各通路的流速差别较大,在不考虑其它因素影响的前提下,仿真结果还是不错的。而从图5压力曲线可以看出,系统存在一定的伺服阀前压力脉动,在实际情况中,有由油泵流量脉动引起的压力脉动,也有由于伺服阀本身运动引起的压力脉动。可在泵与伺服阀之间增加蓄能器以减小压力脉动。选择线性化分析工具(Lineranalysis),添加线性分析时间分别为0s、1s、2s,分别打开液压缸和给定信号的变量列表,将给定的输入信号设置为控制量,活塞杆的位移设置为观测量,在运行参数模块中点击标准选项,将运行模式选为稳态运行模式Stabilizing,再进行一次仿真,得出结果,在频率响应选项中分别绘制出Bode图、Nichols图、Nyquist图,分别见图6、图7、图8。伺服系统的响应能力主要为执行元件—负载的动态所限制,即被无阻尼液压固有频率ωh和阻尼比δh所限制,要提高系统的响应速度,就必须提高ωh和δh。通常,阀控液压缸具有较弱阻尼的特性,因此应设法提高阻尼比。由图6可求出系统的幅值频宽、相位频宽、闭环固有频率等,从而分析出该伺服系统具有较快的响应能力和较满意的瞬态性能。图7反映了在频率变化的情况下,其幅频特性随相频特性的变化情况,通过幅、相频特性与等幅值轨迹相切,很容易求出闭环频率响应的谐振峰值和谐振频率。由图8的Nyquist图,根据奈氏判据,当ω变化时,开环频率曲线包围(-1,j0)的次数N等于开环右极点的个数P/2,可判断出系统稳定。3模型库的升级AMESim使用户能够借助其友好的、面向实际应用的方案,研究任何元件或回路的动力学特性。这可通过模型库的概念来实现,而模型库可通过客