AMESim/Matlab的仿真及其在单向阀优化设计中的应用

　　1 前言

　　随着科学技术、仿真理论及计算机技术的不断发展,仿真技术不断提高。在如今的科学研究中,仿真技术提高了科学研究水平、缩短了研究周期、降低了科学研究成本及风险、促进了各个不同领域的融合、加速了科研成果转化为生产力的进程。可以说,仿真技术已成为科学研究中必不可少的实用技术。

　　现有的液压仿真软件多是基于系统级的仿真,而对于元件级的仿真功能较弱,特别是元件的结构方面的仿真。法国IMAGINE公司开发的AMESim不但可以进行系统级仿真,而且还可利用该软件提供的液压组件设计库对液压元件的结构进行设计和优化。

　　2 仿真环境

　　AMESim作为一种非常优秀的仿真软件,为流体、机械、控制、电磁等工程系统提供了一个较为完善的综合仿真环境。它有一个直观的图形化仿真环境,用于工程系统的建模、仿真和动态分析等。

　　AMESim的特点是面向工程应用,仿真模型的建立扩充或改变都是通过图形界面(GUI)来进行的,使用者不用编制任何程序代码。这样使得用户可以从繁琐的数学建模中解放出来,只专注于物理系统本身的设计。AMESim还提供了与Matlab、ADAMS等软件的接口,可方便地与这些软件进行联合仿真。

　　本文利用AMESim和Matlab的接口技术,把两个优秀的专业仿真软件联合起来,这样即能发挥AMESim基于物理模型建模方便简单的特点,又能借助Matlab强大的数值处理能力和众多的工具箱,得到更完美的仿真效果。

　　为了AMESim和Matlab能进行联合仿真,必须作以下设置:在Matlab的目录列表里加上AMESim与Matlab接口文件所在的目录%AME%matlabamesim,其中%AME%是AMESim的安装目录,如果安装在C:AMEsim,则就加上C:AMEsimmatlabamesim。

　　3 AMESim环境下的液压系统模型

　　在AMESim中建模可以从AMESim元件库中直接得到液压元件的模型,从中选择液压系统所需的元件型号,也可以利用HCD(Hydraulic Component Design)库中的模型搭建自己所需要的元件。

　　如图1钢球式单向阀由3个HCD模型构成:球阀、球阀的惯量和带弹簧的活塞。单向阀需要优化的结构有5个参数,并设置初始值为:钢球座直径ds=5 mm、钢球直径db=10 mm、弹簧刚度k=0.5 N/mm、弹簧预压缩力f0=3.9 N、钢球开启行程xmax=2 mm。

　　图1中的/单向阀预期开启曲线0为优化的目标曲线,该曲线的点坐标数据存在ASCII文件中,该ASCII文件和其他文件一起被AMESim打包成为一个.ame文件,目标函数采用最小二乘估计。选择AMEsim的/运行模式(Run Mode)0中的开始运行进行仿真,曲线如图2所示。从图2仿真曲线可以看出系统的实际特性曲线与期望曲线相差较大,需要对单向阀的结构参数优化。