农机设备研制中机电液系统联合仿真技术探析

3.0 闻远设计 2023-03-16 118 5 15.75KB 4 页免费

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为提高农机设备研究工作中机械、电子、液压联合仿真的效率，分析了 AMESim 及Simulink

外部接口的特点，提出了一种对复杂系统的机械系统、液压系统以及控制策略进行联合仿真的

技术方案，并通过了仿真验证，为农机设备研发过程中机电液系统的联合仿真提供了一种解

决方案。

关键词：AMESim; Simulink; 联合仿真；主动悬架；

引言

十三五规划明确提出，我国将全面推进农业现代化，提高农业技术装备和信息化水平，因

此，农业装备的现代化是实现我国农业现代化的重要保障。随着电子技术的发展，特别是微

控制技术、物联网技术和信息技术的飞速发展，智能控制技术与传统的机械技术的结合越来越

紧密，农业机械也由传统的液压传动技术为主转向机电液一体化方向发展，进而实现农业机

械的自动化、网络化和智能化。

现代农机设备越来越趋向于机电液集成化，与之对应的仿真技术也朝着机电液联合仿真的方向

发展。本文在对 AMESim 和Simulink 的特性及其外部接口进行深入研究分析后，提出了一种

对复杂系统的机械系统、液压系统以及控制策略进行联合仿真的技术方案[1,2].

1、AMESim 与MATLAB/Simulink 的联合仿真接口

AMESim 在机械系统以及液压系统仿真方面有着突出的优势，随着机器设备自动化程度的提

高，各种控制算法、控制策略被越来越多的应用于其控制系统中。因此，在系统仿真时，往

往希望能对整个系统的机械、液压、控制算法进行联合的仿真，对系统的整体性能进行研究、

分析。然而，目前来看 AMESim 只提供了非常简单的几种控制算法模型，无法满足越来越复

杂的算法仿真要求。而 Simulink 在逻辑运算、算法建模方面有着显着的成就，因此，将

AMESim 与Simulink 联合起来，取长补短，在机械、液压及其控制系统的仿真中将取得单个

软件难以比拟的效果[3].

AMESim 与Simulink 的联合仿真有 2种实现方式：在 AMESim 中搭建机械、液压系统模型，

经过 AMES-im 的仿真参数设置及编译，生成能在 Simulink 中调用的 S-Function, 在Simulink 环

境中完成控制算法模型搭建，然后像调用普通 S-Function 一样将在 AMESim 生成的机械、液

压系统模型 S-Function 调入到 Simulink 中，从而完成整个仿真系统的搭建，仿真运行于

Simulink 环境之中，使用 Simulink 的求解器进行计算仿真；在 Simulink 环境中完成控制算法的

设计，通过编译后调用由 MTALAB 提供的 SL2AME 函数，将在 Simulink 环境中完成的控制

算法转换为能在 AMESim 中调用的用户自定义元件模型，在 AMESim 中，将机械、液压系统

模型搭建后，像使用普通元件模型一样调用由 SL2AME 函数生成的控制算法元件模型，完整

的仿真系统搭建完毕后，在 AMESim 中运行仿真运算[3].

笔者通过 2 种联合方式实验的对比发现：在机械及液压系统规模较小、元件不多的情况下， 2

种联合仿真方式没有明显的差异；若机械及液压系统组成较复杂、元件比较多，则采用第 1种

方式仿真时，会出现仿真速度特别慢，甚至于出现计算机死机的现象，此时采用第 2种方

式，即，将在 Simulink 中生成的控制算法模型导入到 AMESim 中运行时，仿真能达到比较满

意的效果。基于以上对比分析，本文将阐述第 2 种联合仿真方案（下文称作 SL2AME 方式）

的具体实施步骤。

为实现 AMESim 与Simulink 的联合仿真，除正确安装好AMESim、MATLAB/Simulink 外，还

需要做以下准备：

由于 SL2AME 接口是将在实时工作空间中的 Simulink 模型转换为能在 AMESim 中执行的 C代

码，需要确保计算机系统中安装有 Microsoft Visual C++.

设置 MATLAB, AMESim 环境变量：

a ）MSSDK C:\Program Files\Microsoft Visual Studio.

b ）MATLAB C:\MATLAB\R2008a.

c ）Path 加上；C:\WINDOWS\system32.

MATLAB 设置：

d ）MATLAB 命令里运行 mex-setup 安装VC++编译器。

e ）在Matlab 路径设置里添加：%AME%\scripting\matlab\amesim;%AME%\interfaces\.

f ）sl2ame （%AME%代表计算机中安装AMESim 的路径） .

在AMESim 中，将 Microsoft Visual C++ 设置为当前编译器（Options menu/AMESim

Preferences/Compilation/Parameters ）.

至此， AMESim 与Simulink 的联合仿真接口设置已全部完成。接下来，本文以主动悬架系统

仿真为例，说明联合仿真的步骤并验证此方案的可行性。

2、联合仿真模型的建立

主动悬架不仅能较大程度隔离因路面不平导致的车身振动，而且能通过自身的主动输出对车身

姿态进行调节，甚至在恶劣的路况、剧变的车速等特殊工况下，仍能使车辆保持良好的平顺

性和安全性[4].

在进行主动悬架相关技术研究时，在动力学分析时常采用 2自由度的 1/4 车体模型、4自由度

的半车模型或7 自由度的整车模型进行动力学建模，如若要对车辆俯仰、侧倾以及垂直跳动等

运动姿态控制和整车控制效果进行全面研究，一般采用 7自由度的整车模型进行动力学建模分

析，本文的联合仿真即基于整车主动悬架控制来进行的[5,6].

整车主动悬架机电液联合仿真平台包括 3部分：悬架机械结构、液压系统及控制策略。机械系

统及液压系统的仿真模型在 AMESim 中建立，控制算法模型在 Simulink 环境中建立。

2.1 AMESim 中主动悬架机械结构的建立

为方便研究，在进行主动悬架系统研究时，将主动悬架的机构简化为簧上车体质量、车轮及

簧下质量、悬架弹簧、阻尼器、液压缸。

2.1.1 轮胎模型

根据悬架数学模型，将轮胎模型简化成为质量、刚度和阻尼的系统，在 AMESim 利用组件建

立的轮胎模型如图 1所示。

2.1.2 悬架模型

本文所述主动悬架采用被动减震机构与主动液压缸并联的形式，即由弹簧、阻尼器以及液压缸

并联而成，在 AMESim 利用组件建立的悬架模型如图 2所示。

2.1.3 车身

一般来说，AMESim 的机械结构模型常用于一维机械结构仿真，在进行整车主动悬架研究时

需要对车体的三维姿态进行调控，因此本文根据整车动力学模型建立了针对整车主动悬架研究

和控制的仿真模型（如图 4 所示机械机构部分）, 该模型可以输出车身侧倾角及其角加速度、

车身质心垂向位移及其加速度、车身俯仰角及其角加速度等车身姿态数据[7,8].

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摘要：

农机设备研制中机电液系统联合仿真技术探析为提高农机设备研究工作中机械、电子、液压联合仿真的效率，分析了AMESim及Simulink外部接口的特点，提出了一种对复杂系统的机械系统、液压系统以及控制策略进行联合仿真的技术方案，并通过了仿真验证，为农机设备研发过程中机电液系统的联合仿真提供了一种解决方案。关键词：AMESim;Simulink;联合仿真；主动悬架；引言十三五规划明确提出，我国将全面推进农业现代化，提高农业技术装备和信息化水平，因此，农业装备的现代化是实现我国农业现代化的重要保障。随着电子技术的发展，特别是微控制技术、物联网技术和信息技术的飞速发展，智能控制技术与传统的机械技术的结合...

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