AMEsim与Matlab_simulink联合仿真技术.doc

目 录摘要 10 引言 11 联合仿真技术 21.1 联合仿真技术的特点与应用 21.2 联合仿真技术的实现途径22 联合仿真接口技术 32.1 系统环境配置32.2 系统编译器配置 33 联合仿真应用举例54 结论8致谢8参考文献 9AMESim与Matlab_Simulink联合仿真技术机械电子系0802班 李敏 M摘要：根据AMESim与Matlab/Simulink软件各自的特点，对两者联合仿真技术进行了研究，解决了联合仿真的接口与实现问题，并把该技术应用于电液位置伺服系统的仿真，取得了良好的效果。关键词：AMESim；Matlab/Simulink；联合仿真；接口Abstract：United Matlab/Simulink technique with AMESim and Matlab/Simulink was discussed based on their own characteristics. The problem of their interface and realization were solved. As an applied example, Matlab/Simulink of electro hydraulic servo-system was shown. Good results were achieved.Keywords：AMESim；Matlab/Simulink；United simulation；Interface0 引言传统的设计方法往往是通过反复的样品试制和试验来分析该系统是否达到设计要求，结果造成大量的人力和物力投入在样品的试制和试验上。随着计算机仿真技术的发展，在工程系统的软件设计开发中，大量地采用了数值成型的方法，即通过建立系统的数值模型，利用计算机仿真使得大量的产品设计缺陷在物理成型之前就得到了处理，从而可以使企业在最短的时间、以最低的成本将新产品投放到市场。正是由于计算机仿真技术的这种优越性，国内外许多大公司将计算机仿真技术已经普遍应用到产品设计、开发和改进中。计算机仿真就是在建立系统数学模型的基础上，将该模型在计算机上运行，以进行系统科学试验研究的全过程。仿真技术源于上世纪50年代初，早期应用在国防科技和军工部门，如今已经扩展到科学研究、工程设计、辅助决策、系统优化等各个方面，使人们的许多传统观念和方法产生了重大变革。计算机仿真技术被称为继科学理论和试验研究后的第三种认识和改造世界的工具。随着计算机技术的发展和计算数学的成熟，计算机仿真技术已经成为工程领域必不可少的重要设计手段，它的应用已经称为工程领域必不可少的重要设计手段，它的应用可以大大缩短产品的开发周期和降低产品的开发成本，提高产品的竞争力。1 联合仿真技术1.1 联合仿真技术的特点与应用法国Imagine公司开发的AMESim是当今领先的流体、传动系统和液压、机械系统建模、仿真以及动力学分析软件，它为用户提供了一个系统工程设计的完整平台，可以建立复杂的多学科领域系统的数学模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。该软件具有如下主要特点：a、拥有丰富的模型库；b、采用C或者Fortran编程，元件代码底层开放，用户可自行开发或者构建符合个人需要的元件；c、拥有与Matlab/Simulink、Adams等软件的接口，便于在应用中发挥各自优势。Simulink系统是Mathtools公司产品Matlab的一个重要分支，是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。可处理包括线性、非线性系统；离散、连续以及混合系统；单任务、多任务离散事件系统等。但Simulink本身没有专门针对流体仿真的工具箱，用户使用时要自己建立模型，如果入到较复杂的液压系统，使用Simulink还需要对系统的数学模型有较深刻的理解。然而，不存在一种仿真软件平台能够提供工程设计所需要的所有功能。AMESim作为多学科领域系统仿真设计的平台提供了丰富的与其它软件的接口。基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到了广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，能很有效地解决仿真技术中的问题。AMESim-Simulink联合仿真平台分别对液压伺服系统中的机械液压部分和控制部分进行建模，充分利用两套软件分别在液压系统建模仿真和数据处理能力方面的优势对系统进行仿真分析。联合仿真的特点是：（1） 采用AMESim与Simulink分别对液压伺服系统中的机械液压部分和控制部分进行建模，充分利用两套软件分别在液压系统建模仿真与数据处理能力方面的优势对系统进行仿真分析（2） 建模、仿真过程可以继续保持AMESim与Simulink在各自模型中的使用功能，可正常使用各自的系统分析功能（3） 提供了标准与联合仿真两种工作界面，可以使用户自行确定AMESim与Simulink两部分模型的仿真算法类型，从而可以由用户确定仿真计算的速度与精确程度（4） 操作过程具有简洁性，使操作者工作量大大降低，并能取得好的仿真效果1.2 联合仿真技术的实现途径AMESim与Simulink的联合仿真是通过AMESim中的界面菜单下的创建输出图标功能与Simulink中的S函数实现连接的。具体过程是在AMESim中经过系统编译、参数设置等生成供Simulink使用的S函数，在Simulink环境中，将建好的包含其它Simulink模块的AMESim模型当作一个普通的S函数对待，添加入系统的Simulink模块中，从而实现AMESim与Simulink的联合建模与仿真。2 联合仿真接口技术2.1系统环境配置在已经安装并使用了AMESim的系统中再安装Matlab/Simulink时，要实现联合仿真，首先应对系统环境变量进行设置：设置MATLAB环境变量，设定值为MATLAB安装位置如C：MATLAB6P1，目的是便于AMESim找到产生S函数必需的相关文件；查看环境变量Path的值中是否包含系统安装目录如C：WINNTSystem32。2.2 系统编译器配置 要实现AMESim与Simulink的联合仿真平台，对于使用Windows NT、Windows 2000或者Windows XP操作系统的用户，需要先安装Microsoft Visual C+作为系统编译器。在安装了Matlab之后，由于系统内已经存在Microsoft Visual C+与LCC两种ANSI C/C+编译器，在使用AMESim建模并进入编译模式时，会发现编译过程中止并在编译信息提示框中出现除正常的反映编译信息外的如下提示信息：Select a compiler：1 Microsoft Visual C/C+ version 6.02 Lcc C version 2.40 NoneComplier：此情况无法在AMESim环境中通过相关指令或配置方法解决，导致编译中止无法继续进入建模仿真的参数设置模式，仿真无法进行。在此情况下，需要进入Matlab命令窗口，运行mex-setup命令对Matlab编译器进行配置，Matlab会自动搜索外部编译器的类型、版本以及安装路径，最后通过选择键入提示给用户输入的相应数字，选择一个编译工具作为缺省编译器。配置过程：在Matlab命令窗口，运行命令>> mex-setup出现如下提示信息，mex自动搜索外部编译器的类型、版本以及所在路径。并提示用户输入相应数字，选择一个作为缺省编译器：Please choose your compiler for building external interface files：Select a compiler：1 Lcc C version 2.4 in C：MATLAB6P1syslcc2 Microsoft Visual C/C+ version 6.0 in C：Program FilesMicrosoft Visual Studio3 NoneCompiler：键入2 对配置数据进行确认：Please verify your choices：Compiler：Microsoft Visual C/C+ version 6.0Location：C：Program FilesMicrosoft Visual StudioAre these correct ？如果上述确认信息正确，键入y，系统编译器配置过程结束。（3）此外还要配置MATLAB与AMESim在同一工作目录下工作。这样便可以进行正常的AMESim与Simulink联合仿真。3 联合仿真应用举例以一种电液位置伺服系统为例进行AMESim与Simulink联合仿真，设定系统参数为：活塞缸质量1000kg，三位四通伺服阀各通路流量1L/min，压降0.1MPa，阻尼比0.8，阀芯固有频率50Hz，额定电流200mA；泵流量35L/r，转速1000r/min；位移传感器增益10；发动机转速1500 r/min；系统输入为一阶信号。AMESim与Simulink联合仿真原理图如图1所示。其中模式操作工具栏与MATLAB_Simulink控制器分别如图2和图3所示。AMESim子模型区域MATLAB控制器模式操作工具栏图 1 AMESim/Simulink联合仿真原理图运行模式参数模式草图模式子模型模式草图模式图 2 模式操作工具栏简介其中，模式操作工具依我们当前工作的模式而改变，每一模式可用的特征也各不相同。在草图模式，我们可以使用子模型区域中的元件搭建系统草图；在子模型模式，我们可以给每个元件匹配子模型；在参数模式下，我们可以设置子模型参数；在运行模式下，可以设置子模型参数。图 3 MATLAB控制器如图3所示，系统是一个闭环系统，其有负反馈增益4。此时没有加任何控制策略，系统的单位响应曲线如图4所示。没有加控制策略图4 系统单位响应曲线当加一PID控制时，其单位阶跃响应曲线如图5所示，其中MATLAB控制器如图6所示。PID控制：Kp=4Ki=0.1Kd=0图5 PID控制时系统单位阶跃响应曲线图6 加PID时MATLAB控制器4 结论（1）AMESim与Simulink接口技术是实现AMESim与Simulink联合仿真的重要环节，需要用户对其过程有详细的了解，并能够分析解决其中可能遇到的问题。（2）针对实际操作中经常遇到的问题，本文详细介绍了接口技术中的系统配置和系统编译器配置问题，并提出了具体操作中的主要注意事项。（3）AMESim与Simulink联合仿真既能发挥AMESim突出的流体机械的仿真效能，又能借助Simulink强大的数值处理能力，取长补短，取得更加完美的互补效果。致谢本文的写作完成首先要感谢任课老师尹文生老师的辛勤教导，正是由于尹老师给我们一个上台讲解表达的机会，让我对Matlab/Simulink有了一定的兴趣和了解。课余时间便开始自己下载软件摸索着做一些仿真，本文也是在这样的情况下产生的。根据本科阶段使用过的软件AMESim，结合一位博士师兄做的相关课题，我把整个系统做了一个基本仿真，结果仿真效果还不错。在使用Matlab/Simulink和AMESim做仿真的过程中，也进一步加深了我对这两个软件的了解和掌握，让我对系统仿真思想有了一个初步的认识，在日后的科研工作中也能够用得着。我想这就是学习系统仿真这门课的基本要求和目的。所以再次感谢尹老师的辛勤教授，与此同时也感谢实验室老师、师兄在Matlab/Simulink使用方面给予我的指导。参考文献1 AMESim4.0 User Manual. 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