基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究

基于AMESim电控空气悬架系统性能仿真研究董威望;郑泉【摘要】基于AMESim软件建立1/4空气悬架系统模型,利用Matlab软件设计空气悬架系统控制器,使用Matlab和AMESim对空气悬架系统进行联合仿真.白噪声路面信号输入下的联合仿真结果分析表明,安装主动空气悬架系统车辆的最大振动加速度与振动加速度均方根、平均车身高度、动载荷均比安装被动空气悬架系统的车辆小,该仿真结果符合有关主动空气悬架系统的一般研究结论,该控制方法可以有效提高车辆的平顺性.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2014(022)004【总页数】5页(P1-4,19)【关键词】电控空气悬架;AMESim;控制器;联合仿真【作者】董威望;郑泉【作者单位】安徽农业大学工学院,安徽合肥230036;安徽农业大学工学院,安徽合肥230036【正文语种】中文【中图分类】U463.33车辆电控空气悬架系统作为主动悬架系统的重要组成形式，其结构形式、性能参数与控制策略的选择，对汽车的行驶平顺性有着直接的影响[1]。

目前，对电控空气悬架系统的主要研究对象是带有附加气室的空气弹簧，通过建立数学及物理模型进行仿真。

文献[2]基于工程热力学和空气动力学理论分别建立了带附加气室空气弹簧系统各部件的状态方程和动力学方程，利用空气弹簧动刚度模型，计算了弹簧动刚度和各因素之间的动态变化关系。

文献[3]利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径等因素对悬架系统等效刚度、等效阻尼等力学特性参数的影响。

文献[4]基于能量守恒方程、理想气体状态方程和孔隙流量方程指出了附加气室容积、节流孔开度对空气弹簧动刚度的影响。

这些研究内容没有考虑到带附加气室空气弹簧的刚度变化具有非线性的特点，所建数学模型欠准确，降低了仿真结果的正确性[5]。

本文以电控空气悬架系统为研究对象，基于AMESim建立车辆二自度1/4电控空气悬架系统模型，利用Matlab/simulink设计悬架的控制系统，通过Matlab/simulink和AMESim对电控空气悬架系统进行联合仿真。

智者论道智库时代 ·241·减压阀是机车空气管路系统的重要部件，本文利用AMESim 软件对减压阀进行建模并仿真分析，得到减压阀各关键参数的最优取值范围，为减压阀的选型提供依据。

一、减压阀结构及工作原理图1为减压阀结构原理图[1]。

如图所示，初始状态时，低压腔室p2中无压力，调压弹簧2推动膜片4和阀杆5下移，阀杆5再推动阀芯7下移，阀口打开，此时高压腔室p1中压力空气输入到低压腔室p2中。

低压腔室p2压力逐渐上升，同时经阻尼孔6流向膜片4下表面腔室。

当膜片4下表面气体向上推力F2等于调压弹簧向下推力F1时，阀芯7在复位弹簧8的作用下向上移动，阀口关闭，高压腔室p1中压力空气输入到低压腔室p2中的通道关闭，低压腔室p2中的气压不再上升，此时低压腔室p2中即有稳定压力输出。

通过调节调压弹簧2、3的预紧力，即可调节减压阀的输出压力[2]。

图1 直动式减压阀结构原理图1、手柄；2、调压弹簧；3、溢流阀；4、膜片；5、阀杆；6、阻尼孔；7、阀芯；8、复位弹簧二、减压阀AMESim 模型建立A M E S i m (A d v a n c e d M o d e l i n g Environment for performing Simulationof engineering systems)为多学科领域复杂系统建模仿真平台。

用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。

AMESim 软件采用基于物理化图形建模方法，因此对于气动减压阀来说，利用AMESim 软件建模仿真更加方便与准确[3]。

减压阀的AMESim 模型如图2。

调压弹簧3推动阀芯质量块5向右移动，阀芯6打开，高压腔室9内压力空气通过阀口进入低压腔室12中，进一步经过阻尼孔11进入膜片下腔室10。

当膜片下腔室10中压力作用在膜片上推力F2等于调压弹簧3对膜片下推力F1时，阀芯6向左移动，阀口关闭，高压腔室9中压力空气通向低压腔室12的通道关闭，低压腔室12中压力稳定在设定压力值。

AMESim论文仿真研究论文：基于AMESim软件的液压控制仿真技术研究摘要imagine公司推出的amesim软件在液压控制建模方面拥有强大的分析和仿真能力，介绍了amesim软件的基本特征，以电液伺服阀为例进行了建模及仿真分析。

关键词amesim；液压控制；仿真研究随着仿真技术的发展，极大缩短了开发周期、减小了科研成本及风险。

amesim是法国imagine公司研究开发的仿真平台，它集机械、流体、气动、控制、电控、热力学等多学科于一体，可以构建比较真实的仿真系统。

amesim软件在仿真开发中，为企业技术人员节省了时间，比较适用于液压控制系统的建模与仿真。

1amesim软件具有的特点1）建模仿真平台。

amesim软件提供了充足的模型数据库，包括了液压、控制、机械、电磁、电工电子等领域。

2）图形建模化。

图形化物理建模方法可使用户专注于物理系统本身的开发。

建模的语言是工程术语，仿真模型的扩展是通过图形用户界面来完成，无需编制程序代码。

3）智能求解数学模型。

可以在多种算法中优选积分方法；同时在不同的仿真时期结合系统的特征动态地调节积分步长和变换积分算法提高仿真精度和缩短仿真时间，同时嵌式数学不连续性处理工具可以解决数值仿真的“间断点问题”。

4）计算准确迅速。

amesim采用变阶数、变步长、鲁棒性强、变类型的智能求解器，结合所建模型自动地优选积分方法。

2amesim在液压控制控制仿真中的应用电液伺服阀是电液伺服系统中的关键部件。

在电液伺服阀中力反馈两级电液伺服阀是最基本、应用最广泛的伺服阀。

为此，以它为例进行分析。

1）建立四通四边功率级滑阀的模型，如图1所示。

图1功率级滑阀仿真模型2）建立前置放大级双喷嘴挡板阀的模型，如图2所示。

图2双喷嘴挡板阀的仿真模型3）建立永磁动铁式力矩马达的模型，如图3所示。

图3力矩马达的仿真模型4）伺服阀的仿真压力曲线，如图4所示。

图4伺服阀的仿真压力曲线根据仿真结果可知，仿真曲线和实际情况相符。

Simulink与AMSIM联合仿真的方法虽然随着新材料、电机技术、控制学和先进制造技术等的发展，出现了用以取代目前所依赖的功率液压传动的功率电传技术，但是在现阶段，液压伺服作动系统仍然占据航空作动系统的主导地位。

主要原因是液压伺服作动系统具有其它伺服作动系统无法比拟的优势，具有容易得到大功率输出、高功率/重量比、响应快和低俗特性好的特点。

航空液压作动系统是目前飞机上最成熟的液压作动方式，大多直接采用飞机的中央液压源提供的恒压油，通过（伺服）阀来控制执行机构的双腔流量完成指令动作，精度高、响应快。

航空也要作动系统根据其发展历程一般分为以下四类：液压助力器、电液指令作动器、复合式伺服作动器和直接驱动阀式伺服作动器。

本文将主要对其关键技术进行深入分析，并提出关键技术的解决途径。

1 建模仿真技术由于对航空液压作动系统自身结构比较复杂，对其自身的性能要求比较高，需要满足包括输出载荷、中立位置、额定行程、最大行程、行程余量、额定速度、最大速度、极限载荷、主控阀剪切力、门限、位置精度和滞环等的静态特性，满足包括频率响应和阶跃响应的动态特性，以及稳定性和阻抗特性要求。

银次，在研制航空液压作动系统的过程中，对其进行建模仿真非常重要。

通过仿真，可以对所设计的作动器性能有全面的了解，便于改进和完善设计。

传统的建模仿真分析手短一般采用数学推到加Simulink仿真的方式进行。

Simulink是美国Match Works公司开发的MA TLAB软件的可视化仿真环境，具有丰富的线性/非线性、连续/离散等控制系统仿真功能模块，具备神经网络、模糊控制等一系列先进的智能控制工具箱，非常适合进行航空液压作动系统的建模与分析，但其前提是基于用户建立的数学模型和其自身提供的结构参数化的功能模块。

而这已无法满足现在对仿真高精度和高准确度的要求。

而且Simulink本身没有专门针对液压流体仿真的工具箱，用户使用时要自己建立模型。

AMESim是法国Imagine公司推出的基于功率键合图的液压/机械系统建模、仿真机动力学分析软件，采用图形化的物理建模方式，具有复杂液压元件结构参数化的功能模块，也同样非常适合进行航空液压作动系统的结构参数化建模与分析，但是他的控制系统仿真功能模块相对较少，不具备神经网络、模糊控制等一系列先进的智能控制工具箱。

2010年7月第38卷第13期机床与液压MACH I NE TOOL &HYDRAUL I CSJul 2010V ol 38No 13DO I :10.3969/j issn 1001-3881 2010 13 037收稿日期:2010-04-23基金项目:国家 863 高技术产业化研究资助项目(2007AA041803);上海市数字化汽车车身工程重点实验室开放课题基金资助(MS V 2009 02);十一五科技支撑计划资助项目(2006B AF01B03 01)作者简介:文哲(1985 ),男,硕士研究生,主要研究方向为轴向柱塞泵变量控制。

通讯作者:徐兵,E -m ai:l bxu @zju edu cn 。

基于AMES im 恒功率泵的动静态特性仿真分析文哲,徐兵(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:以压力流量功率复合控制泵的功率控制部分为研究对象,利用AM ESi m 搭建压力流量功率复合控制泵的整体仿真模型,针对影响其功率控制部分动静态特性的几个关键因素 流量阀弹簧刚度、功率阀阀芯三角槽数进行变参分析。

仿真结果表明:增大流量阀弹簧刚度,可以改善功率控制范围内斜盘摆角的动态特性;增加功率阀阀芯三角槽个数,可以减小最小功率值,从一定程度上增大功率控制范围。

关键词:恒功率;轴向柱塞泵;动态特性;静态工作曲线中图分类号:TH137 51!!文献标识码:A !!文章编号:1001-3881(2010)13-122-6Dyna m ic and Static Sim ulation Analysis of ConstantPower Pu mp Based on Am esi mW E N Zhe ,XU B ing(State Key Lab of Flui d Po w er Trans m i s si o n and Contro l of Zhe jiang Un i v ersity ,H angzhou Zhe jiang 310027,Ch i n a)Abstrac t :T he po w er con tro l pa rt o f pressure /flow /powe r con tro l pump as the st udy object ,t he m ode l of t he pump w as co m pletely bu ilt i n AM ESi m for s i m u l a tion .A lter i ng para m eter ana l ys i s was perfor m ed for several key factors that i nfl uence t he dynam ic and sta ti c cha racte ristics o f the power control part of t he pu m p ,such as spr i ng stiff ness of flow ra te v alve and the nu m ber o f the tr iangu l a r g rooves o f the powe r va l ve spoo.l T he si m ulati on resu lts sho w tha t t he dynam ic and static character istics of the s w ash p l a te ang le i n rang e o f pow er contro l are i m proved by i ncreasi ng the spri ng stiffness o f flow ra te v alve ;the m i ni m u m pow er va l ue is reduced and the rang e o f pow er contro l i s broadened to a cer tai n ex tent by i ncreas i ng the number of t he triangular grooves of t he pow er valve spoo.lK eyword s :Constant pow er ;A x ial pist on pu m p ;Dyna m i c charac teristi c ;Static curve!!恒功率控制泵是提高液压系统节能效率的关键元件,可以在特定工况下减少原动机功率的浪费,具有良好的节能效果。

基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究（版本A）本文主要内容如下(1)推导气体的流量、温度和压力方程。

(2)基于AMESim对普通气动回路进行仿真分析。

并推导气动系统常用元件的数学方程，在此基础上对气动元件及系统进行模型仿真分析。

(3)对气动比例位置系统进行建模与仿真研究，在系统仿真模型基础上进行故障仿真研究。

最后探讨基于 AMESim 的气动比例位置系统实时仿真研究。

1.气动系统建模的理论基础气动系统和元件建模的首要任务就是要充分的明确空气的物理性质和空气的热力学性质，为准确的元件建模和系统仿真奠定基础。

气动元件的结构是十分复杂的，但其中的基本规律和数学描述一般还是比较清楚的。

经过前人的大量研究发现，气动系统的动态特性从本质上讲可以抽象为由一些基本环节所组成，比如放气环节、惯性环节和气容充气环节等等。

而它们之间又是通过压力、力、位移、容积等参数相互关联相互影响的。

1.1 流量方程流量特性表示元件的空气流通能力，将直接影响气动系统的动态特性。

所有的压力降取决于下面两个基本参数：a)声速流导 C(Sonic Conductance)——[null]b)临界压力比b(Critical Pressure Ratio)[S*m4/kg]ISO6358标准孔口——标准体积流量设绝对温度T ，绝对压力p的工况下的体积流量为Q，基准状态和标准状态下的体积流量可表示为：空气压缩机的输出流量通常用换算到吸入口的大气状态下的体积流量来表示。

以上公式同样适用于从吸入口的大气状态到基准或标准状态的换算。

气动孔口流量在气动系统中，一般需要计算通过节流口的气体压力、流量、温度等参数，但是由于气体的可压缩性，气体在通过节流口时是个很复杂的过程，节流口前后的流道突然收缩或扩张，气体在孔口前后均会形成涡流，产生强烈的摩擦，因而机械能变成热能具有不可逆过程。

同时，由于流体运动的极不规则，同一界面上的各点参数极不均匀。

为了研究气体的流量特性，基本上可将阀中的节流口理想地等价为一个小孔或收缩喷嘴，并用小孔或者收缩喷嘴的流量特性来表示其流量特性。

第 1 章绪论1.1 研究目的与意义随着我国汽车工业的发展，就必须进行汽车关键零部件的自主研发。

汽车制动过程中的安全性也已成为人们关注的焦点。

汽车防抱死制动系统(ABS)，关系着汽车制动的安全性。

目前国内许多汽车公司已经开始进行汽车自主研发，要在商业的竞争中脱颖而出，要拥有自主知识产权的汽车，要使我国由一个汽车大国变为一个汽车强国，就必须进行汽车关键零部件的自主研发。

汽车制动过程中的安全性也已成为人们关注的焦点，防抱死制动系统ABS是汽车关键的零部件之一，因此国家、企业和高校都投入了大量的人力和资源对ABS进行自主研发。

汽车动力性能的提高和高速公路的延伸对汽车安全提出了越来越高的要求，许多国家都为此颁布了严厉的汽车安全法规，汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，已成为人们关注的焦点。

因此，探讨各种高性能的制动系统和完善制动系统的性能是减少交通事故和促进汽车工业发展的重要举措[1]。

而ABS可以在制动过程中自动、高频地对制动系统压力进行调节，从而对制动力进行调节，使车轮滑移率保持在理想滑移率附近，既防止车轮抱死，又充分利用了车轮与路面的附着能力，缩短了制动距离，提高了汽车制动过程中的方向稳定性和转向操作能力，达到了最佳制动效果的目的。

ABS控制的关键之一就是控制制动过程中的滑移率，从而提高路面附着系数的利用率，缩短制动距离，提高制动的稳定性。

然而，滑移率和路面附着系数的关系又受到很多因素的影响，如车辆本身的结构参数、车速、轮胎充气压力、轮胎垂直载荷、路面状况等等[2]。

因此，要求ABS保证汽车在短时间内在各种路面上，各种情况下都能安全制动的难度是相当大的。

还需要针对不同车型进行大量的参数匹配试验，大概需要一年半到两年的时间，并且需要大量的经验，不仅耗资巨大，而且延长了产品的开发周期。

目前国内外也有人应用新的控制理论，进行ABS控制的探讨。

根据汽车制动过程的物理实质及动力学分析，对ABS控制器的结构原理、控制方法等方面进行分析和研究，利用AMESim软件建立车辆防抱死制动系统模型，可以很容易分析液压系统元件对整个系统的影响。

AMESim—MATLAB（64位）联合仿真设置详细步骤说明：现以AMESimR12、MATLAB2014b为例说明，其他版本类似。

1、版本要求2、辅助软件VS2013若要使用 AMESim 与 Simulink 的接口，则需要在本机安装编译器，高版本软件需要高版本的编译器，这里以VS2013为例设置。

一般推荐先安装VS编译器，然后安装 Matlab，最后安装 AMESim的顺序。

若后安装VS编译器，将VS编译器安装目录下如 D:\ Microsoft Visual Studio 12.0 \VC\bin 目录中的nmake.exe 文件和vcvars32.bat 以及D:\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\bin\amd64下的vcvars64.bat（64位版本的MATLAB）文件拷贝至 AMESim 安装目录，如D:\AMESim\v1200下。

3、环境变量设置定义Windows 系统环境变量：1)选择“控制面板－系统”或者在“我的电脑”图标上点右键，选择“属性”；2)在弹出的“系统属性”窗口中选择“高级”页，选择“环境变量”；3)用户变量中添加HOME D:\MATLAB D:\MATLAB\R2014bPath D:\ Microsoft Visual Studio 12.0\Common7\Tools; D:\ Microsoft Visual Studio 12.0\VC\bin; D:\Program Files\MATLAB\R2014b\bin; D:\ProgramFiles\MATLAB\R2014b\bin\win644) 在系统变量中添加在Path 环境变量中加入（以分号与其它已经存在的变量值隔开）路径：Matlab_Root（如 D:\Matlab\R2010a)\bin 和Matlab_Root(如D:\Matlab\R2010a)\bin\win32 ，以及%windir%\System32，其中%windir%指的是 Windows 的安装路径，如 C:\WINNTPath D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0; D:\AMESim\v1000; D:\AMESim\v1000\win64;D:\AMESim\v1000\sys\mingw32\bin;D:\AMESim\v1000\s ys\mpich\mpd\bin;D:\AMESim\v1000\sys\cgns;%SystemRoot%\system32;%SystemR oot%;%SystemRoot%\System32\Wbem;D: \MATLAB\R2014b\bin\win64;C:\WINDOWS\system32;C:\WINNT （该处很重要一定要添加，而且一定要包含C:\WINDOWS\system32，不然会有引起很多错误）4、AMESim与MATLAB设置启动AMESim并确认 AMESim 使用的是 MS C++编译器。

第二章 AMESim的应用方法2.1 AMESim简介AMESim表示系统工程高级建模和仿真平台（Advanced Modeling Environment for Simulations of engineering systems）。

它能够从元件设计出发，可以考虑摩擦、油液、和气体的本身特性、环境温度等非常难以建模的部分，直到组成部件和系统进行功能性能仿真和优化，并能够联合其他优秀软件进行联合仿真和优化，还可以考虑控制器在环构成闭环系统进行仿真，使设计出的产品完全满足实际应用环境的要求。

AMESim软件共由四个功能模块组成:AMESim、AMESet、AMECustom、AMERun，另外还有软件帮助模块AMEHelp。

其中，AMESim用于面向对象的系统建模、参数设置、仿真运行和结果分析，是该工具软件的主功能模块，主要工作模式为:按系统原理图建模一确定元件子模型一设定元件参数一仿真运行一结果观测和分析。

AMEest用于构建符合用户个人需求的元件子模型，主要通过两步进行:先设定子模型外部参数情况，系统自动生成元件代码框架，再通过用户的算法编程实现满足用户需要的元件，程序使用C或Fortnar77实现;AMECustom用于对软件提供的元件库中的元件进行改造，但不能深入到元件代码层次，只适用于元件的外部参数特性的改造;AMERun是提供给最终用户的只运行模块，最终用户可以修改模型的参数和仿真参数，执行稳态或动态仿真，输出结果图形和分析仿真结果，但不能够修改模型结构，不能够访问或修改元件代码等涉及技术敏感性的信息。

2.2AMESim的特点1.多学科的建模平台AMESim在统一的平台上实现了多学科领域的系统工程的建模和仿真，模型库丰富，涵盖了机械、液压、控制、液压管路、液压元件设计、液压阻力、气动、热流体、冷却、动力传动等领域，且采用易于识别的标准ISO图标和简单直观的多端口框图，方便用户建立复杂系统及用户所需的特定应用实例。

AMESim个人学习心得LMS旗下的AMESim软件是一款性能很强大的系统仿真软件，能够实现对机械、液压、气动、电气、热等多个领域的仿真计算。

作为一名在读研究生，我想把我这段时间使用AMESim的感受和经验教训分享一下，希望能对那些初学AMESim的或者正在头疼的人们有所帮助。

首先，我想告诉大家什么是仿真。

仿真说白了就是用数学公式来简化物理实际，再用电脑软件来模拟这些数学公式，用一些基本的模块来实现这些复杂的过程。

给出输入量，记过计算，得到结果，用之代替实际结果。

这样能减少实际设计之中的时间周期，以及原料浪费和成本投入。

那么仿真是否可行，一个很关键的参数就是仿真结果和实际结果的差异，谁也无法用数学公式来精确代替实际物理过程。

但是只要在大方向上和实际结果差不多就行，许多的仿真软件在这方面就做的很好。

在工程仿真领域，有许多的仿真软件，其中较熟悉的一个当属MA TLAB/simulink，汽车方面还有什么Cruis、carsim、trucsim等等，其实MATLAB 更加偏向于工程计算，如果要用MA TLAB来做仿真的话，需要你对物理实际很了解，然后在simulink之中搭建其物理模型。

但是这对一般初学者来讲比较困难，而且仿真结果容易和实际出入太大。

Cruis和其他汽车仿真软件虽然能够实现不错的仿真效果，但是功能有限，不能实现机械和电、热等多个领域之间的仿真。

因此，我后来选择了使用AMESim，虽然其比一般软件要难点，但是用熟悉之后，能够实现很强大功能，不得不说是一款强大的仿真软件。

其次，我想告诉大家，AMESim如何入门的问题，这应该是很多初学AMESim的用户最大的困难吧，我当时也经历了这个困难的过程。

很多人可能会在网上下载一大堆资料，或者去书店买本书，然后埋头看啊看。

其实我想说这样的效果并不好，软件是要在使用之中去学习和熟练的。

当你初学时，你可以找一个会用此软件的人给你做一个简单的例子，在制作例子之中就会告诉此软件的一般步骤。

202022/3160引言为体现新型民用客机“更经济、更安全、更舒适、更环保”的设计思想[1]，民用飞机逐渐朝多电化方向发展，四轮升压式高压除水电动环控系统具有取消发动机做功影响、节省燃油以及防止涡轮冰堵等优点[2-3]，越来越受到研究人员的重视。

国内对飞机环控系统仿真研究始于20世纪90年代，李俊杰[4]、董素君[5]等人采用easy5软件建立起空气循环制冷系统和蒸发循环制冷系统仿真模型，具有一定的实用性和推广价值。

董素君[6]、宋俊虓[7]、赵俊茹[8]等人利用Matlab/Simulink 建立起环控系统各主要部件的数学模型，对系统进行了仿真研究，Matlab/Simulink 属于通用仿真软件，具有强大的编程计算语言和图形化建模方式，但是在复杂系统的仿真研究，易产生代数环问题，对计算结果精度和效率影响较大。

AMESim 属于一维多学科复杂系统建模仿真平台，可实现气动、热流体、液压、机械和电磁等多学科领域的联合建模仿真，可以实现机电系统中多个分系统的耦合工作[9]。

本文通过建立环控系统仿真模型，得到了在给定状态下各部件出口的稳态仿真结果与理论计算值的对比结果，以及给定在飞行高度和飞行马赫数扰动下的二级涡轮出口温度的动态响应曲线，可为系统设计优化以及整机环境控制系统的控制规律设计提供模型和数据支持[10]。

1AMESim 仿真模型四轮升压式高压除水电动环控系统主要部件有：热交换器、压气机、涡轮冷却器、风扇、转轴等，通过气体能量传递方向将部件各仿真模块连接起来，构成整机系统进行仿真。

四轮升压式高压除水电动环控系统原理图见图1。

AMESim 搭建空气循环制冷系统基于AMESim 的飞机环控系统建模与仿真刘征崔燚周琼瑶戴铮王宇迪摘要为获得四轮升压式高压除水电动环控系统性能及动态变化过程，校核计算结果是否满足系统设计要求，本文基于模块化结构搭建了AMESim 环控系统仿真模型进行了稳态仿真研究，并对系统在飞行高度和飞行马赫数扰动下的动态响应进行了仿真分析，仿真结果表明所建模型具有较高的精度，满足设计指标的要求，而且能够很好反应系统的动态变化情况，为系统的校核优化以及整机环控系统的控制律设计提供支持。

式中，m是活塞质量；x是活塞位移；动速度；1A、2A、3A是活塞前后腔和氮气室有效作用面积；1P、2P、3P是活塞前后腔和氮气室压力。

氮气室 2.后腔 3.信号口 4.活塞 5.前腔 6.7.阀上腔 8.控制阀阀芯 9.阀下腔图1 气液联合式液压破碎锤工作原理瞬间，短暂停滞时间约为0.03s，撞击后活塞反弹速度较小，能量传递效果好，冲击力约为1.7×103N，如图4所示。

阀芯的行程为30mm，运动到极限位置有稳定的停留，没有出现抖动现象，工作过程稳定。

图4 岩石受到的冲击力随时间变化曲线在工作过程中，活塞前腔压力保持在8MPa左右，活塞在不同位置时，前腔压力有轻微波动，活塞后腔压力在冲程时为8MPa，其他阶段为0MPa，氮气室受到活塞回程的影响最大压力为1.23MPa，反作用协助推动活塞向下加速运动，实现活塞冲程运动。

2.3 系统压力与稳定性分析不同的液压系统压力对气液联合式液压破碎锤的冲图5 不同系统压力对稳定性的影响如图5所示，系统压力从6MPa以1MPa为步长增加到23MPa时，活塞位移逐渐增大、频率逐渐增高。

系统压力6MPa时，几乎没有产生碰撞瞬间停滞现象；系统压力7～8MPa时，明显产生了碰撞瞬间停滞现象，活塞有了冲击作用；系统压力19MPa后，曲线幅值和周期变化不明显，基本上趋于极限，因此，分别以8MPa、19MPa、23MPa的系统压力为条件，考查破碎锤的冲击功、冲击力和冲击频率的变化情况。

图6 8MPa、19MPa、23MPa时活塞的速度曲线如图6、图7所示，当液压系统压力为8MPa时，最大冲击速度为4.6m/s，冲击频率约660bpm，冲击力超过1.7×103N，冲击功为158.7J左右；当液压系统压力为19MPa时，最大冲击速度为8.2m/s，冲击频率约1200bpm，冲击力超过7.5×103N，冲击功为504.3J左右；当液压系统压力为23MPa时，最大冲击速度为8.7m/s，冲击频率约1380bpm，冲击力超过9.6×103N，冲击功为567.7J左右。