系统级多学科建模与联合仿真

首页>> 科技资讯>> 实用宝典AMESim与ADAMS联合仿真操作说明摘要：物理系统可能由各种元件组成，例如气动的，机械的，液压的，电子的以及控制系统等，所有的元件协同工作。

多学科领域系统和复杂多体系统之间的相互作用很难在单一的软件平台中来仿真。

解决的方案就是通过AMESim和专用的多体动力学软件ADAMS之间的接口，使得两者在仿真中协同工作。

本文结合天线的简单实例介绍AMESim与ADAMS联合仿真的操作过程。

关键词：AMESim ADAMS 联合仿真1.引言AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）软件是由法国IMAGINE公司于1995年推出的多学科复杂领域系统工程高级建模和仿真平台，该软件不要求用户具备完备的仿真专业知识，采用面向系统原理图建模的方法，便于工程技术人员掌握和使用。

机构动力学分析软件ADAMS (automatic dynamic of mechanical system)集建模、求解和可视化技术于一体,能有效分析和比较多种参数方案。

运用AMESim与ADAMS的联合仿真，可以有效的对设备的动态过程进行分析，根据交互分析产生的结果来评价设备的性能，为了更加真实的符合实际情况，理论分析用来完成检验产生的数值结果。

这种虚拟产品开发方法与得出的结论将对设计人员提供一定帮助。

通过AMESim/ADAMS之间的接口，有两种方式实现联合仿真：（1）将模型从一个平台中输入到另一个平台中，采用单一的积分器进行计算。

（2）各个平台分别利用自己的积分器计算自己的模型，通过预先统一的通讯间隔进行信息交换。

2.软件环境要求首先AMESim软件需要4.2级以上版本；ADAMS需要2003级以上版本（含A/Control 模块）。

其次必须要有Microsoft Visual C++ 编译器。

文章编号:1671-637Ⅹ(2007)04-0010-03联合建模与仿真系统研究陈　丽1,2,　冯润明2,　姚益平1(1.国防科技大学计算机学院,长沙　410073;　2.中国人民解放军63892部队,河南洛阳　471003)摘 要:　联合建模与仿真系统(Joint Modeling and Simulation System,J MASS)项目是美军三个“J”类(JMASS、JW ARS、JSI MS)重要项目中的一个,是在美国空军电子战数字评估系统(ECDE S)的基础上发展起来的联合项目。

开发JMASS项目的目的是在提供可重用的建模与仿真资源库(MSRL)的同时,开发一个标准的数字化建模与仿真体系结构和有关工具集,来支持对电子战环境下的武器系统进行工程级/交战级建模与仿真的分析、开发、采办以及测试与评估。

本文围绕JMASS系统的主要特点、组成结构及通过HLA实现互操作等方面进行了深入研究。

关　键　词:　建模与仿真;　HL A;　电子战;　联合建模与仿真系统中图分类号:　V271.4;　TN97文献标识码:　AStudy on Joint Modeling and Simulation System(JMASS)CHE N Li1,2,　FENG Run-ming2,　YAO Yi-ping1(1.College of Co mputer Science&Technology,NU DT,Changsha410073,China;　2.No.63892Unit of PLA,Lu oyang471003,China)A bstract:　JMASS is one of the three important“J”pr ograms of JMASS,JW ARS and JSI MS.It is developedbased on Electronic Countermeasure Digital E valuation System(E CDE S).The goal of developing JMASS pro-gra m is to support reusable models in Modeling and Simulation Resource Library(MSRL),and develop a com-mon digital simulation architecture that defines standard interfaces and a suite of tools to support engineering and engagement level weapon system modeling and simulation in Electronic Warfar e(EW)analyzing,develop-ment,acquisition,test and evaluation.The authors studied its characteristics,architectur e and HLA-based in-teroperability with focus on the capability and application of JMASS.Key words:　modeling and simulation;　HLA;　electronic war;　JMASS0　引言联合建模与仿真系统(JMASS)是一个建模与仿真支撑环境,它支持在电子战环境下对武器系统进行工程级和交战级的建模与仿真分析、测试与评估。

第11卷第7期计算机集成制造系统Vol.11No.72005年7月Computer Integrated Manufacturing SystemsJul .2005文章编号:1006-5911(2005)07-0901-08多学科虚拟样机协同建模与仿真平台及其关键技术研究邸彦强1,李伯虎1,柴旭东2,王 鹏1(1.北京航空航天大学自动化学院,北京 100083;2.航天科工集团二院,北京 100854)摘 要:针对面向多学科虚拟样机开发的协同建模与仿真平台,建立了其系统体系结构和技术体系结构。

提出了该平台解决多学科虚拟样机协同建模与仿真问题中的4项关键技术,包括:①面向模型的多领域协同仿真技术;②基于系统工程理论和组件技术的建模技术;③网格技术和微软自动化技术;④采用可扩展标记语言和产品生命周期管理系统的集成技术。

给出了一种符合并行工程思想的基于该平台的虚拟样机开发过程模型。

最后,简要介绍了该平台在船舶领域的一个应用范例,以及在航天、船舶和卫星等领域的初步实践,表明该平台能有效支持虚拟样机工程。

关键词:多学科虚拟样机;协同仿真;仿真平台;网格技术;集成技术中图分类号:T P391.9 文献标识码:AResearch on collaborative modeling &simulation platform for multi -disciplinary virtualprototype and its key technologyD I Yan -qiang 1,LI Bo -hu 1,CH A I X u -dong 2,WA N G Peng 1(1.Sch.of A utomatio n,Beihang U niv.,Beijing 100083,China;2.T he Second A cademy,China A ero space Sci.&Indust ry Co rp.,Beijing 100854,China)Abstract:T he system ar chitecture and technolog y ar chitectur e of Collabor ative M o deling &Simulation Platfor m (Cosim-P latfo rm)w ere established fo cusing on dev elopment o f M ult i-Disciplinary V ir tua l Pr otot ype.T o solv e the pro blem o f co llaborat ive modeling and simulat ion,fo ur key technolog ies wer e put for wa rd:model-o riented multi-domain collabor ativ e simulatio n technolog y,mo deling t echnolo g y based on System Eng ineer ing T heor y and co mpo nent techno log y,g rid techno log y and M icr osoft auto mation techno lo gy ,Co sim-P latfo rm s inter nal and ex ter nal integ ratio n technolo gy ,w hich w as based on eXtensible M arkup L ang uage(XM L )and Pr oduct L ifecycle M an ag ement (PL M ).A vir tual prototype development process mo del w as provided in accordance with the principle of Concur rent Eng ineering.At last,an application example in Ship was briefly introduced.T he primary practices in the fields of A s tronautics,Ship and Satellite indicated that Cosim-Platfor m could effectively support development of virtual prototype.Key words:multi-disciplinary v ir tua l pr oto type;collabor ativ e simulat ion;simulat ion platfor m;g rid technolog y;integr ation techno log y收稿日期:2004-06-24;修订日期:2004-09-20。

基于Modelica的多领域建模与联合仿真作者：赵建军,吴紫俊来源：《计算机辅助工程》2011年第01期摘要：为实现多领域建模仿真环境与其他仿真环境的联合仿真，提出基于Modelica多领域建模的联合仿真方案.该方案基于Modelica多领域模型的连接机制，通过Modelica模型与Simulink模块的转换机理，实现在S-Function联合仿真框架下的联合仿真.基于Modelica的多领域物理系统建模仿真工具MWorks与AMESim的联合仿真实例表明：该方法可扩大Modelica模型的应用范围，实现多领域建模仿真平台与其他仿真软件的协同.关键词：多领域建模；联合仿真； Modelica； Simulink中图分类号：TP391.9 文献标志码：Multi-domain modeling and co-simulation based on ModelicaZHAO Jianjun, WU Zijun（National CAD Support Software Engineering Research Center, Huazhong Universityof Science and Technology,Wuhan 430074, China）Abstract： To achieve the co-simulation of multi-domain modeling and simulation environment with other simulation environment, a co-simulation solution based on multi-domain modeling with Modelica is proposed. Based on the connection mechanism of multi-domain Modelica models, the co-simulation under S-Function co-simulation framework is implemented using the converting principle between Modelica models and Simulink modules. A co-simulation example between MWorks which is a multi-domain physical system modeling and simulation tool based on Modelica and AMESim indicates that the method can extend the application of Modelica models and achieve the collaborative work between multi-domain modeling and simulation tools and other simulation software.Key words： multi-domain modeling; co-simulation; Modelica; Simulink0 引言随着仿真技术在一些大规模、多领域问题中的深入应用，人们对仿真精度和规模的要求日益提高，仿真过程的复杂度急剧上升.单领域仿真环境支持大规模仿真已成为仿真的瓶颈，而采用多领域物理统一建模仿真和联合仿真技术［1］成为解决该问题的有效方法.多领域建模仿真技术是基于统一建模语言、被广泛接受的一种建模仿真方法.Modelica是目前盛行的多领域物理系统建模语言，主要基于方程的陈述式建模语言，采用数学方程描述物理规律和现象，通过微分代数方程系统实现仿真运行，具备模型重用性高、建模简单方便以及模型贴近实际物理系统等优点.［2］同样，联合仿真技术也可实现多领域复杂模型的仿真.将复杂物理模型按学科领域划分为多个单领域的模型，利用单学科的专业软件建立相应的单领域模型，通过单领域软件间的交互接口等方式实现数据交换和调用，完成复杂物理模型的仿真.目前，国际上已有基于Modelica的建模仿真工具，这些工具的基本单元是Modelica组件［3］，即各领域系统的基本元件.同时，联合仿真技术也被广泛研究和应用.(1）基于软件已有接口的联合仿真.现有仿真软件可通过其提供的接口导出仿真结果或者将模型转换为其他软件可读取的格式，在某个运行环境中实现不同仿真软件模型的联合仿真.该方式成本较低，已被广泛运用于工程中.(2）基于HLA/RTI框架的联合仿真［4］.该方式通过接口标准HLA(High Level Architecture)所规定的模型描述规范和接口规范，通过运行时间支撑(Run Time Infrastructure，RTI)系统，实现联邦成员间的通信.其核心是仿真管理服务，包括仿真联邦管理和TTI联邦管理.该框架是联合仿真的高层软件体系框架，现已被运用于模拟军事演习系统中.基于Modelica统一建模仿真技术可实现多领域间的无缝集成，实现多领域在同一平台下的建模仿真，该技术以其统一协同的理念已开始应用于工程中.单领域的仿真软件尽管在其领域范围内被广泛认同，且有深厚的积累，但只限于该专业领域内；而联合仿真技术可将Modelica技术与单领域仿真软件的优势进行集成，实现优势互补.本文围绕联合仿真技术，以基于Modelica的多领域物理系统建模仿真工具和液压专业优势软件AMESim的联合仿真为例，说明利用Modelica工具的多领域优势和AMESim的液压领域优势进行建模和仿真的方法，探讨利用多领域物理建模软件和专业优势软件进行联合仿真的方法，详细分析基于软件接口的建模软件的联合仿真方法，为基于Modelica技术的多领域仿真系统与其他仿真系统的联合建模和仿真提供技术框架.1 联合仿真接口Modelica模型采用数学方程描述不同领域子系统的物理规律和现象，根据物理系统的拓扑结构，基于语言内在的组件联接机制，实现模型构成和多领域集成［5］，即Modelica模型是面向对象的数学模型，其基于物理系统数学表示的内在一致性，支持在一个模型中包含多个领域的模型组件，实现多领域建模.模型主要依赖其连接器进行联合仿真.［6］连接器是Modelica中约束类connector的实例，通常作为模型组件的类成员充当模型组件与外界的接口或端口.图1中的Pin是Modelica中电气组件的连接器类,其Modelica代码为只能在组件之间的同类连接器之间建立连接，通过方程实现，说明Modelica支持非因果连接.图2是3个Pin实例的连接及Modelica代码与等效方程.模型或组件之间借助连接器连接，实现不同模型或组件之间的数据交换.在Modelica模型的联合仿真过程中，Modelica模型也可使用连接器实现与其他模型的通信.图3表明Modelica 模型与连接器的关系，可使用Modelica模型的连接器定义模型的输入和输出，通过连接器通信实现Modelica模型与其他模型的数据交换.图 3 Modelica模型与连接器的关系Fig.3 Relationship between Modelica modeland its connectorAMESim提供与Excel，Matlab，Simulink和MSC Adams等软件的接口，这些接口均可将AMESim模型转换为对应仿真平台可读取的格式，使模型能在其他平台中求解.在仿真求解前，模型均需编译.在编译模型时，会生成该模型的C代码，其中包含模型的相关信息，可被仿真平台读取.为使该模型可被其他仿真平台使用，实现与其他仿真环境模型的联合仿真，可将该模型的C代码转换为其他仿真平台可读取的格式，或直接在该模型编译时控制编译的生成结果，直接生成能被其他平台读取的格式.AMESim本身提供与Simulink的接口，可将其自身模型转换为S-Function块；而Modelica 模型也可在编译时控制其生成该模型的S-Function块，从而实现Modelica多领域模型与其他仿真环境模型的联合仿真.2 联合仿真环境AMESim 模型经过编译和参数设置等生成供Simulink 使用的S-Function后, 在Simulink 环境中，利用AMESim的接口将建好的包含其他Simulink 模块的AMESim模型当作一个普通的S 函数添加到系统的Simulink 模型中，实现AMESim 与Simulink 的联合建模和仿真.AMESim可将模型转换为Simulink的模块.只需将Modelica多领域模型转换为Simulink模块，即可实现AMESim模型与Modelica模型的数据交换，从而在Simulink环境中实现Modelica工具与AMESim的联合仿真.联合仿真方案见图4.转换后，模型均为S-Function，在Simulink中的仿真流程见图5.在进行Modelica多领域模型转换时，采用Simulink的C代码S-function机制，将Modelica模型转换为Simulink块，转换后的Modelica模型必须符合Simulink块的数学模型定义，即满足如图6所示的数学关系.在Simulink中，将创建的Modelica多领域模型作为自定义块加入到“Simulink Library Browser”中，通过设置该自定义块的Mask和回调函数，实现块的参数设置和块仿真时状态的控制图 5 仿真流程Fig.5 Simulation process3 联合仿真实例液压机械模型是由液压、机械及控制等3部分组成的复杂系统.建模时，将系统拆分为机械和液压部分2个子模型，在MWorks中建立机械部分子模型，在AMESim中建立液压部分子模型，将建好的模型放到统一的运行环境中进行联合仿真.通过使用不同软件建立系统子模型的方法，验证多领域软件与其他软件联合仿真的可行性.根据所需的机械模型，在MWorks中直接拖拉Modelica模型库中的组件，合理设置各个组件参数，然后使用连接工具连接各个组件的连接器，组成完整的多领域模型系统.在建模过程中，为实现Modelica模型与其他软件模型的联合仿真，即实现Modelica模型与其他软件建立的模型之间的数据交换，需对Modelica模型进行数据接口的定义，见图7.在Modelica模型中定义1个输入接口、4个输出接口，见表1.输入接口接收外部数据，输出接口将Modelica模型中计算的数据输出到其他软件模型中，采用MWorks机械转动库中角速度传感器采集的4个转子的角速度数据，在联合仿真时通过这些接口与其他模型交换数据.如果在Modelica中没有定义数据交换接口，则在联合仿真时不能与其他模型进行数据交换，即不能进行联合仿真.因此，在建模过程中应根据系统模型的需要定义完整的Modelica模型数据交换接口.Modelica多领域模型完成后，需建立联合仿真系统的液压模型.在AMESim中直接调用各种液压元件模块，合理设置各元件的参数，也可利用HCD 库中的模型搭建所需的元件，然后将各元件连接成完整的液压回路.［7］建模时按实际系统在模型库中选取元件并进行油路连接，然后设置模型参数.一般可选择CoSim接口实现联合仿真，图8为联合仿真的AMESim 液压模型.在联合仿真的液压模型中需设计合理的数据交换接口，实现液压模型数据的输入输出.表2为液压模型联合仿真的接口.由图8可知，模型输出液压马达的转角数据，同时需其他模型输入对其输入阀的控制信号.在进行联合仿真前，需对AMESim模型进行编译.此时，可将定义完整的数据交换接口的液压与机械模型转化为S-Function模块，在Simulink环境中实现联合仿真.将MWorks的Modelica机械模型和AMESim的液压模型导入到Simulink中，并将液压模型的iname接口与机械模型的m_in接口连接，根据需要还可使用Simulink中的信号模块对联合仿真模型提供信号的输入.其MWorks的Modelica多领域模型与AMESim液压模型的联合仿真模型见图9.液压模型输出的马达转角为Modelica模型的转角输入.在此联合仿真模型中，可使用Simulink中的工具对AMESim模型进行反馈控制.在仿真时，AMESim模型与MWorks模型分别使用各自的求解器求解，仅通过接口交换数据.图 8 联合仿真的AMESim液压模型上述联合仿真模型包含2部分：AMESim液压模型与MWorks的Modelica多领域模型，还包含有Simulink的电源和示波器模块.联合仿真模型的输入是Simulink中的正弦波信号，同时该信号也是液压模型输入信号，控制液压模型的电磁换向阀.联合仿真模型输出机械模型4个转子的转角速度.在联合仿真模型中，液压模型的输出（即液压马达的转角速度）是机械模型的输入.在仿真时，联合仿真模型按相同的步长调用各自的求解器进行仿真.在每个步长中，液压模型的输出均输出给机械模型进行数据交换，在开始仿真时，随着液压模型输入正弦信号的增强，换向阀P-B的油路开口逐渐变大，进而流量增大，使得液压马达反向转速逐渐增大，见图10；当输入的正弦信号减小时，P-B油路开口减小，马达的转速减小，逐渐趋于0.当输入的正弦信号小于0时，马达正向加速旋转，此时当正弦信号趋于0时，马达正向减速旋转.机械模型接收到液压模型的输入时，其左边2个转轴(J1和J2)立即开始转动，而第2个转轴(J2)前有正弦刹车信号，则给转轴的角速度从0开始增大.后2个转轴(J3和J4)的刹车信号为阶跃信号，其阶跃信号的触发时间为1 s和2 s，则这2个转轴在和2 s时开始转动，见图11.因此，MWorks与AMESim的联合仿真可行，进而表明基于Simulink的S-Function机制的Modelica多领域模型与其他仿真环境模型的联合仿真可行.4 结束语针对多领域仿真软件和专业优势仿真软件各自的优势，分别介绍Modelica模型和AMESim模型与Simulink的接口技术，着重研究Modelica工具与AMESim间的联合策略.在此基础上，提出基于-的Modelica模型与其他仿真软件模型的联合建模仿真技术框架，同时进行验证.这种联合仿真建模技术框架充分发挥多领域统一建模技术和联合仿真技术的优势，适合多领域模型与其他单领域模型复杂系统的联合仿真.参考文献：［1］-A unified object-oriented language for system modeling and simulation［C］// ERIC H Proc 12th European Conf on Object-oriented Programming, Brussels: Springer-Verlag, 1998: 67-90.［2］袁平鹏陈青茶, 圹坪, 等. 基于网格的联合仿真平台［J］. 华中科技大学学报:自然科学版, 2007, 35(S2): 1-3.simulation platform［J］. J Huazhong Univ of Sci & Technol: Nat Sci, 2007, 35(S2)： 1-3.［3］吴义忠刘敏, 陈立平. 多领域物理系统混合建模平台开发［J］. 计算机辅助设计与图形学学报, 2006, 18(1): 120-124.multi-domain physical system［J］. J Computer-Aided Des & Comput Graphics, 2006, 18(1): 120-124.［4］曹琦何中市, 余磊, 等. 基于 HLA/RTI 的联合仿真建模技术框架［J］. 系统仿真学报-2924.simulation based on HLA/RTI［J］-2924.［5］赵建军丁建完, 周凡利, 等. Modelica语言及其多领域统一建模与仿真机理［J］. 系统仿真学报, 2006, 18(2): 570-573.multi-domain unified modeling and simulation［J］. J Syst Simulation, 2006, 18(2): 570-573.［6］丁建完陈立平, 周凡利, 等. 复杂陈述式仿真模型的相容性分析［J］. 软件学报, 2005, 16(11): 1869-1875.declarative simulation models［J］. J Software, 2005, 16(11): 1869-1875.［7］in MWorks: a platform for modeling and simulation of multi-domain physical systems based on Modelica［C］ // The Modelica Association. Proc 5th Int Modelica Conf, Vienna, Austria, 2006:733-740.(编辑于杰。

多学科系统级虚拟样机建模与仿真技术本文从当前产品设计过程对多学科联合仿确实需求出发，分析了产品协同设计对仿真技术三个层次的功能需求，并引出当前实现多学科集成仿确实通常方法。

多学科联合仿真需要操纵、机构、有限元等不一致仿真环境的集成与数据交换，MSC.Software提供最为系统与完整的多学科协同仿真开发环境，本文全面介绍了MSC.Software多学科系统级虚拟样机建模与仿确实解决方案，并给出了具体的实例。

1．多学科联合仿确实需求众所周知，现代产品的研发流程是多人团队、多学科领域的协同设计过程。

在产品开发过程中，不管是系统级的方案原理设计，还是部件级的全面参数规格设计，都涉及到多个不一致的子系统与有关学科领域，这些子系统都有自己特定的功能与特殊的设计方法，而各子系统之间则具有交互耦合作用，共同构成完整的功能系统。

图1 现代产品过程涉及多个子系统与有关学科领域如何有效的协调各个子系统设计团队的工作，让团队之间达到信息共享、互通有无，并保证子系统的设计质量与整体性能，实现产品设计真正的一体化与协同化，从而提高设计效率，节约设计成本，缩短开发周期，这是一个非常重要的问题。

为了达到上述目标，我们务必满足下列三个层次的需求：第一，具备各子系统与各学科领域有效的集成仿真工具，从而保证各子系统的设计水准与可靠性；图2 各学科领域的不一致设计工具第二，能够实现各仿真工具之间的无缝集成与数据交换，在统一架构下实现模型整合；第三，为了能够协调与管理各设计团队，与在设计过程中产生的大量数据，实现资源优化配置，还务必具有仿真数据与流程的管理平台，实现各学科领域的真正协同仿真。

2．多学科协同仿确实通常实现方法目前较为通用与流行的实现多学科集成仿确实方法要紧包含下列三种：2.1 联合仿真式（Co-Simulation）联合仿真式是目前较为通用，也是使用最多的一种数据交换方式，其数据交换原理如图3所示，两个不一致仿真工具之间通过TCP/IP等方式实现数据交换与调用。

系统建模与仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解系统建模与仿真的基本概念，掌握建模与仿真的基本原理；2. 使学生掌握运用数学模型描述实际问题的方法，提高解决实际问题的能力；3. 帮助学生了解不同类型的建模与仿真方法，并能够根据实际问题选择合适的建模与仿真方法。

技能目标：1. 培养学生运用计算机软件进行建模与仿真的操作能力；2. 提高学生分析问题、解决问题的能力，使学生能够独立完成简单的系统建模与仿真实验；3. 培养学生的团队协作能力，能够与他人合作完成复杂的系统建模与仿真项目。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对系统建模与仿真的兴趣，培养学生主动探索、勇于创新的科学精神；2. 培养学生具备严谨、求实的学术态度，提高学生的学术素养；3. 引导学生关注建模与仿真在工程技术领域的应用，增强学生的社会责任感和使命感。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论教学与实践操作相结合，使学生在掌握基本知识的基础上，提高实际操作能力。

课程目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够运用所学知识解决实际问题，为未来的学术研究和职业发展打下坚实基础。

二、教学内容1. 系统建模与仿真基本概念：包括系统、模型、仿真的定义及其相互关系，介绍建模与仿真的发展历程；2. 建模与仿真原理：讲解建模与仿真的基本原理，如相似性原理、逼真度原理等；3. 数学模型构建：介绍常用的数学模型及其构建方法，如差分方程、微分方程等；4. 建模与仿真方法：分析不同类型的建模与仿真方法，如连续系统仿真、离散事件仿真等；5. 计算机软件应用：介绍常用的建模与仿真软件，如MATLAB、AnyLogic 等，并进行实际操作演示；6. 系统建模与仿真实践：结合实际案例，指导学生运用所学知识进行系统建模与仿真实验；7. 教学内容安排与进度：按照教材章节顺序，制定详细的教学大纲，明确各章节的教学内容和进度。

系统级多学科建模与联合仿真1.概述1.1.数字化建模仿真在技术的发展和市场的驱动下，产品功能越来越复杂，通过解析的方法对产品进行分析的难度逐渐增大。

而采用实验的方法对产品进行研究则需要物理样机，对于这种方法，一方面所需投入较多、时间周期较长，另一方面，当发现样机在某些功能和性能层面无法满足要求时，进行更改的成本非常高。

即使这些问题都能够解决，实验方法还要面对某些工况下实验带来的危险和破坏、实验环境不一致、实验结果的离散性等诸多问题。

此种情况下，基于计算机技术，借助于专业的软件，通过数字化建模仿真的方式对产品的方案进行验证和优化，可以显著缩短研发周期、降低研发成本、完善产品质量，提高产品的市场竞争力。

1.2.系统级建模随着产品组成、功能的复杂化，部件各部分之间的耦合关系越来越紧密。

当对产品的一各组成部分独立建模时，需要建立其边界条件。

但由于该部分与其他部分错综复杂的耦合关系及其他部分外特性的复杂性，边界条件难以采用简答的函数关系进行描述，而是需要详细的建模，如此类推，对于产品的数字化分析需要系统级的建模。

另一个方面，当前产品的多数功能都需要各部分之间紧密配合才能实现，这个特点也自然地导致了系统级建模的必要性。

以飞机机电系统的机电综合为例，在机电综合的背景下，在功能、能量、控制和物理的层面，燃油、环控、液压、电气系统之间的管理越来越紧密。

例如在综合能量管理系统中，为实现能量高效利用的目的，环控、燃油、滑油、液压、电气、发动机等系统协调工作，如图1所示。

在多电飞机架构中，通过供-配-用电网络，机电系统之间的联系变得更为紧密。

图1飞机综合能量管理系统1.3.多学科建模随着机-电-液-控一体化的高速发展，由单一领域部件构成的产品越来越少，取而代之的是综合利用机械、电、磁、液压和控制等诸多领域研究成果、涉及多个学科的产品。

图2飞机机电系统飞机机电系统所涉及的学科如图2所示，每个机电子系统都涉及多个学科，这种特点使得系统级建模必然涉及多个学科。

系统级多学科建模和联合仿真系统级多学科建模和联合仿真1。

概述1.1。

在技术和市场发展的驱动下，数字建模和仿真在产品功能上变得越来越复杂。

用分析方法分析产品越来越困难。

另一方面，通过实验方法研究产品需要一个物理原型。

对于这种方法，一方面，它需要更多的投资和更长的时间周期；另一方面，当发现原型在某些功能和性能方面不能满足需求时，进行更改的成本非常高。

即使这些问题能够得到解决，实验方法仍然会面临许多问题，如在一定的工作条件下实验的危险性和破坏性、实验环境的不一致性、实验结果的离散性等。

在这种情况下，基于计算机技术，借助专业软件，通过数字建模和仿真对产品方案进行验证和优化，可以显著缩短研发周期，降低研发成本，提高产品质量，提高产品的市场竞争力。

1.2 .系统级建模随着产品组成和功能的复杂性，零件之间的耦合关系越来越紧密。

当产品的每个组件被独立建模时，需要建立其边界条件。

然而，由于这部分与其他部分之间复杂的耦合关系以及其他部分的外部特性的复杂性，很难用简单的函数关系来描述边界条件，但需要进行详细的建模，等等。

对于产品的数字分析，需要系统级建模。

另一方面，当前产品的大部分功能需要各部分之间的紧密合作来实现，这自然导致了系统级建模的必要性。

以飞机机电系统的机电一体化为例，在机电一体化的背景下，燃油、环境控制、液压和电气系统之间的管理在功能、能量、控制和物理方面越来越紧密。

例如，在集成的能量管理系统中，为了达到高效利用能量的目的，环境控制、燃油、润滑油、液压、电气、发动机和其他系统协同工作，如图1所示。

在多电飞机结构中，需要物理样机通过供应和测试方法来研究产品。

对于这种方法，一方面，它需要更多的投资和更长的时间周期；另一方面，当发现原型在某些功能和性能方面不能满足要求时，修改的成本非常高。

即使这些问题能够得到解决，实验方法仍然会面临许多问题，如在一定的工作条件下实验的危险性和破坏性、实验环境的不一致性、实验结果的离散性等。

挖掘机机电液联合仿真技术研究摘要：通过AMESim与Simulink联合仿真技术，可充分发挥AMESim针对液压、机械仿真建模优势，以及与Simulink实现复杂电控逻辑开发的优势，大大加快了挖掘机电控系统的开发进度。

该文介绍了一款21吨挖掘机的AMESim机构模型搭建、液压系统建模，及与Simulink联合仿真的过程。

关键词：联合仿真；挖掘机；AMESim；Simulink；电控；前言多路阀是工程机械液压系统的核心部分。

其节流口形状、尺寸对主机的运动特性有直接的影响。

AMEsim是一种基于键合图理论的系统仿真软件，有丰富的液压元件库，允许用户以绘制液压原理图的方式建立系统模型和设置各部件的结构参数；通过选择油液类型和油温即可获得液压油的特性，使用户不必关心各种受到油液特性影响的系数和参数，也不必关心系统的数学方程因而本文采用AMEsim来搭建液压系统模型。

一、整机动力学模型组成1.联合仿真的数据交换方式为：由AMEsim求解三个油缸推力及回转马达的输出扭矩，传递给ADAMS模型后，由ADAMS模型求解油缸速度、位移及回转马达转速，再传递给AMEsim。

ADAMS模型的输入输出设置由于ADAMS和AMEsim两个软件内的状态量所使用的单位不一致，在AMEsim模型中需设置增益以便转换单位。

2.联合仿真时，AMEsim是主控软件，用户在AMEs—im中运行并控制ADAMS的仿真进程。

从ADAMS输出到AMEsim采用共同仿真模式，即AMEsim通知ADAMS在给定的时间间隔提供其输出，由ADAMS求解模型。

二、联合仿真平台挖掘机联合仿真平台包括液压系统、动力系统、电控系统、工作装置模型，可以实现从驾驶员发出操作指令给液压系统和电控系统，电控系统经过运算发出控制信号，控制发动机及液压系统工作。

液压系统执行元件带动工作装置，对物料进行挖掘和卸料的整个工作过程进行模拟。

挖掘机的机电液联合仿真模型是一个多学科的联合仿真，根据仿真模型的详细程度分为系统级模型和元件级模型。