液压与气压传动课件 第12章 液压与气动系统计算机仿真技术

液压与气压传动任课教师：刘志民河北工程大学机械与装备工程学院液压与气压传动Hydraulic&PneumaticTransmission学习目标

掌握Matlab、FluidSIM、Amesim、AutomationStudio等常用软件进行液压与气压传动系统数字仿真的基本方法。

了解液压与气压传动技术常用的计算机仿真软件特点以及计算机仿真技术发展趋势。12.1概述12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用12.4Amesim仿真技术在液压传动系统中的应用（自学）12.5AutomationStudio仿真技术在液压传动系统中的应用（自学）第12章液压与气动系统计算机仿真技术目录12.1概述1.计算机仿真在液压与气压传动技术领域的应用1）形象与直观地展示液压与气压传动的理论知识，有助于巩固、加深和扩展所学知识。2）对已有元件或系统，通过理论推导建立描述它们的数学模型，然后进行仿真实验，所得到的仿真结果与实物实验结果进行比较，验证理论的准确程度，通过反复修改数学模型，直至仿真接近于实物，把得到的理论模型作为今后改进和设计类似元件或系统的依据。3）对于已设计好的系统，通过建立数学模型和仿真实验，确定参数的调整范围，将仿真结果作为系统试验的理论依据，从而缩短调试时间和避免损坏设备。4）对于新设计的元件，可以通过仿真实验研究元件各部分结构参数对其动态特性的影响，从而确定满足性能要求的结构参数，为设计元件提供所需数据。5）对于新设计的系统，通过仿真实验验证控制方案的可行性，以及结构参数对系统动态特性的影响，从而确定最佳控制方案及最优的系统结构参数。12.1概述2.常用的仿真软件

常用的仿真软件有FluidSIM、Amesim、Matlab/Simulink、AutomationStudio、HOPSAN、HyPneu、MSCEASY5、ADAMS/Hydraulics、DSHplus、20-sim等。

FluidSIM：由德国Festo公司开发，主要用于液压与气动教学，结合电气控制回路设计，弥补传统教学的不足，为工程教育注入新活力。AMESim：IMAGINE公司产品，提供跨学科系统数学建模、仿真与动力学分析工具，适用于项目设计与系统分析，具备图形化描述设备联系与变量。2007年被比利时LMS公司收购，2012年被西门子收购。Matlab/Simulink：集成在Simulink中的SimscapeFluids库，提供液压系统建模与仿真工具，支持闭环控制设计与性能评估，优化设计流程。AutomationStudio：加拿大Famic公司产品，功能全面，支持液压、气动系统原理图设计与仿真，兼容电气控制回路，适用于自动控制与液压、气动领域。12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用其应用主要可分为两种核心方法：基于数学模型的编程仿真与基于图形化建模的Simulink/Simscape仿真。这两种方法相辅相成，为工程师提供了从理论验证到复杂系统联合仿真的完整解决方案。1.基于数学模型的编程仿真方法利用流体力学、动力学等先验知识，通过解析建模建立系统的数学模型‌（微分方程、传递函数（适用于线性系统）以及更具通用性的状态变量模型，状态变量模型可通过微分方程转化或功率键合图法直接获得‌）将数学模型进行“二次模型化”处理，转化为可在计算机上运行的仿真模型。通过编写MATLAB程序（如M文件）进行求解。对于连续系统，常采用数值积分法，其中四阶龙格-库塔法因其较高精度而被广泛应用‌。12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用2.基于Simulink/Simscape的图形化建模仿真方法Simulink是进行系统级仿真的图形化环境。用户可在模型编辑窗口中，通过拖放模块、连接信号线的方式搭建仿真框图，并设置参数，随后运行仿真以观察系统行为‌。对于包含机械、液压等物理域的复杂系统，Simulink的扩展工具箱Simscape提供了更专业的解决方案。Simscape及其附属平台（如SimHydraulics）内置了大量预定义的液压、机械元件模型（如油缸、阀门、管路），允许用户像搭建真实物理系统一样进行建模，直接模拟物理元件及其相互关系‌。图12-1基础库图12-2高级库12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用2.基于Simulink/Simscape的图形化建模仿真方法两位三通电磁换向阀控单作用液压缸的建模与仿真过程图12-3液压回路原理图12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用2.基于Simulink/Simscape的图形化建模仿真方法12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用2.基于Simulink/Simscape的图形化建模仿真方法12.2Matlab仿真技术在液压传动系统中的应用2.基于Simulink/Simscape的图形化建模仿真方法仿真动画12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真进油节流调速回路的建模与仿真过程（1）电气原理图的绘制12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真（2）回路建模12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真（2）回路建模12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真（3）仿真结果分析将节流阀开度设置为100%12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用1.基于FluidSIM-H的典型液压回路系统仿真（3）仿真结果分析将节流阀开度设置为60%12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用2.基于FluidSIM-P的典型气压回路系统仿真双作用气缸调速回路建模与仿真过程（1）电气原理图的绘制12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用2.基于FluidSIM-P的典型气压回路系统仿真（2）回路建模12.3FluidSIM仿真技术在液压与气压传动系统中的应用2.基于FluidSIM-P的典型气压回路系统仿真（3）仿真与结果分析左右两侧节流阀的开度均为50%时12.3Flui