液压系统建模和仿真SimHydraulics

－－液压系统建模和仿真

SimHydraulics是液压传动和控制系统的建模和仿真工具，扩展了Simulink®的功能。使用这个工具可以建立起含有液压和机械元件的物理网络

模型，可用于跨专业领域系统的建模。

SimHydraulics提供了构成液压系统的元器件模块库，库中也包括了用于

构造其它元件的基本元素模块。SimHydraulics适用于汽车，航空，国防和工业装备等领域中的各种应用，例如自动变速器，舵面操纵系统和重载驱动装置的

建模分析。

SimHydraulics同SimMechanics，SimDriveline和

SimPowerSystems一同使用，能够支持对复杂机液系统和电液系统的建模，以分析他们相互交联的影响。

主要功能

•液压和液压机械系统的物理建模环境

•超过75个液压和机械元器件模型，包括泵，阀，蓄能器和管路

•基本液压构造元素库，还有基本机械和运算单元

•可定制的常用液压流体工作介质

SimHydraulics可在Simulink下建立液压系统回路的网络模型，模型表达基于ISO1219流体传动系统标准，并且建立的模型可以同机械和控制器模型相

结合。机械液压和液压系统网络建模

使用SimHydraulics可以建立起完整的液压系统模型，过程如同组建一个

真实的物理系统。SimHydraulics使用物理网络方式构建模型：每个建模模块对应真实的液压元器件，诸如油泵，液压马达和控制阀；元件模块之间以代表动

力传输管路的线条连接。这样，就可以通过直接描述物理构成搭建模型，而不是

从基本的数学方程做起。

SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压机械元件，包括油泵，油缸，蓄能器，液压管路和一维机构单元，大部分商品化元器件都可以找到对应

模型。

SimHydraulics的模型符号符合ISO1219流体动力系统标准，

SimHydraulics可以自动从模型原理图综合出描述系统行为特征的方程组。SimHydraulics得到的是直接使用Simulink的求解器求解的方程组形式，而

2020年 软 件 2020, Vol. 41, No. 1 第41卷 第1期 COMPUTER ENGINEERING & SOFTWARE 国际IT传媒品牌

基金项目: 国家自然科学基金(No.51165012)；云南省教育厅科学研究基金项目(No.2015Y080) 作者简介: 恭飞(1990–)，男，硕士研究生，研究方向为流体传动与控制研究；王雪婷(1994–)，女，硕士研究生，主要研究方向：功能流体传动与控制研究；杜奕(1977–)，男，博士后，副教授，主要研究方向：机械设计、机械故障诊断。 基于AMEsim的液压系统建模与仿真 恭 飞1，王雪婷1，杜 奕2 （1. 昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650500；2. 昆明理工大学 城市学院，云南 昆明 650500） 摘 要: 随着机电液一体化技术的发展，液压系统动作的控制精度、复杂程度、动态响应特性已成为液压领域研究的热门课题，而传统的液压系统设计手段已无法满足要求，据此基于AMEsim软件对液压系统进行仿真设计研究，同时提出了一种液压介质的建模方法，然后搭建一个调压回路系统，通过建模过程，详细介绍了AMEsim软件的液压仿真模块，并对常用模块进行举例分析，目的是为液压仿真提供一种有效的仿真手段，为液压系统的前期研究提供理论分析基础。 关键词: AMEsim；液压系统；建模；仿真 中图分类号: TP319 文献标识码: A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.009 本文著录格式：恭飞，王雪婷，杜奕. 基于AMEsim的液压系统建模与仿真[J]. 软件，2020，41（01）：4245 Hydraulic System Modeling and Simulation Based on AMEsim GONG Fei1, WANG Xue-ting1, DU Yi2 (1. Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and technology, Kunming 650500, Yunnan, China; 2. City College, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650051, Yunnan, China) 【Abstract】: With the development of electromechanical and hydraulic integration technology, the control precision, complexity and dynamic response characteristics of hydraulic system operations have become a hot topic in the field of hydraulics research, and the traditional hydraulic system design methods can not meet the requirements, based on AMEsim software. The hydraulic system is simulated and designed. At the same time, a hydraulic medium model-ing method is proposed. Then a voltage regulation loop system is built. Through the modeling process, the hydraulic simulation module of AMEsim software is introduced in detail, and the common modules are analyzed. The purpose is to provide an effective simulation method for hydraulic simulation, and provide theoretical analysis basis for the preliminary research of hydraulic system. 【Key words】: AMEsim; Hydraulic system; Modeling; Simulation 0 引言 现代液压系统设计不仅要满足静态性能要求，更要满足动态特性要求。随着计算机技术的不断发展，利用计算机进行数字仿真已成为液压系统动态性能研究的重要手段[1-3]。而计算机仿真必须具有两个主要条件：一是建立准确描述液压系统动态性能的数学模型；二是利用仿真软件对建立的数学模型进行数字仿真。当前随着流体力学、现代控制理论、算法理论和可靠性理论等相关学科的发展，尤其是计算机技术的迅猛发展，液压仿真技术也得到快速发展并日益成熟，成为液压领域科研人员十分有效的工具手段。 现今在液压领域国内外流行的仿真软件主要有FluidSIM、Automation Studio、HOPSAN、Hypneu、EASY5、ADAMS/Hydraulics、Matlab/Simulink、SIMUL-ZD、DSHplus、20-sim、AMEsim等11种液压仿真软件。其中AMEsim软件是法国IMAGINE公司于1995年推出的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件[4-8]。该软件包含IMAGINE技术，为项目设计、系统分析、工程应用提供了强有力的工具。 恭 飞等：基于AMEsim的液压系统建模与仿真

在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 5．1．3 在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

5．1．3．1 Simulink环境中液压系统的仿真与建模原理

Simulink可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析，支持连续、离散及两者混合的线性、非线性系统，并提供了建模的图形接口，包括了众多线性和非线性等环节，可方便地扩展，使得系统的构建容易，所以适合于液压系统中普遍存在的非线性问题的求解，并且与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

液压系统模型的建立充分利用了Simulink所提供的建立子模块的方法，采用从上到下或从下到上的递阶结构创建复杂系统的仿真模型。对于每一个液压元件及容腔节点建立一个可重复利用和易于参数修改的子模块，在模型的最上层，对各处模块进行连接即可建立系统的仿真模型。各子模块的建立是根据液压元件的数学模型，利用Simulink所提供的基本的线性和非线性模块将液压元件的数学模型表述出来，根据液压元件的功能与特性定义其输入输出。模块为黑箱结构，只通过输入输出与外界联系，通过参数定义界面，可由用户对元件的参数进行赋值或实时修改。

液压系统建模是依据节点法建模。系统某点的压力与流入和流出该点的流量有关。根据节点法建模的原理，在每个液压元件建模时要对一些数学模型进行适当的等价变换。要求元件的输入为压力，输出为流量。含有微分方程的数学模型要进行拉氏变换，使得元件的数学模型能够利用Simulink软件表述出来。

Simulink仿真库包含有sinks（输入方式）、 Source（输入源）、

Continuous（连续模块）、 Discontinuities（非线性模块）、 Connection（连接与接口）等子模块库，每个子模块库中都包含有相应的功能模块，用户也可以定制和创建自己的模块。利用这些模块可以将液压系统中的每个元件都定义为一个子模块。根据不同的液压系统可以将这些子模块方便的组成液压系统仿真模型。

液压助力转向系统建模与仿真分析

---------机械工程10401006 李 为

摘要：考虑汽车液压转向器中的机械子系统与液压子系统，建立了相应的数学模型并利用Matlab/simulink控制系统仿真软件建立了汽车液压助力转向系统的仿真模型。仿真分析了活塞有效面积、扭杆刚度和系统供油流量的变化对系统响应的影响情况，结果表明：增加系统供油流量，减小扭杆刚度都会转向器的助力油压增大，此时齿条的位移将增大从而使稳定时间延长，活塞有效面积的大小几乎不影响助力油压的大小，齿条助力将随活塞有效面积成正比例变化。

一、模型建立

1.1液压助力转向系统机械模型

整个液压助力转向系统由机械部分和液压部分组成，机械部分主要包括方向盘、转向轴、齿轮和齿条、转向传动机构和转向车轮；液压部分主要包括转向控制阀、转向油泵、液压动力缸及液压管路等，如下图示。

图I液压助力转向系统示意图

1.2方向盘到转向齿轮的数学模型

忽略方向盘与传动轴传动间隙，转向轴与轴套之间的摩擦，还忽略转向轴、扭杆、主动小齿轮以及与扭杆销联的阀芯、阀套的转动惯量，不考虑阀芯与阀套之间的摩擦力以及阀中液动力对阀芯、扭杆的影响，可以得到：

{

rxMkcdcos)(11 pdApprrxkkxxDxm)(cos)cos(21

式中：I是方向盘的转动惯量,c是转向器的等效阻尼系数，dk为转身轴中扭杆的刚度，是方向盘转角，1是小齿轮转角，x是齿条的位移，m是齿条等效质量，D是液压缸阻尼系数，k是等效外界刚度，r是小齿轮的基圆半径，是齿条的螺旋齿形角，1p、2p是动力缸的进出腔的油液压力，pA是活塞的有效面积。

1.3转向阀数学模型

转向阀是对称的结构，其工作原理及等效模型如下图所示：