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复杂机液控系统,联合仿真还是Amesim一个软件内实现?

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Amesim软件的机械库元件非常丰富,其中3D机械库可以实现机械系统在三维空间的运动学仿真,满足在Amesim一个软件内对复杂机液控系统进行分析和研究的需求,避免我们使用复杂的联合仿真。


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Amesim的3D机械库


本文以一个简化的挖掘机模型为例,对比Amesim机液控系统仿真和联合仿真两种建模仿真方案在建模效率、仿真运行速度以及仿真结果等方面的差异,供做机液控联合仿真的朋友们阅读和参考。


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1、建模方案

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方案一:Amesim Virtual Lab.Motion联合仿真,液压、控制系统模型分别使用Amesim软件中的标准液压库、信号控制库搭建,机械系统模型在Virtual Lab.Motion中搭建,通过设置联合仿真接口,实现两个软件的联合仿真。


两个软件通过Cosim方式进行联合仿真,由Amesim传递力、力矩到Virtual Lab.Motion,由Virtual Lab.Motion传递(角)位移、(角)速度、(角)加速度到Amesim,Virtual Lab.Motion生成的.vlcosim文件导入到Amesim界面,仿真时两个软件分别使用自己的求解器,通过接口实时通讯。


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方案一的仿真模型


方案二:使用Amesim的3D机械库替代Virtual Lab.Motion搭建机械系统模型,在Amesim一个软件内实现挖掘机机械、液压、控制系统的建模仿真,无需进行接口设置。


其中,3D机械库建模过程如下:


  1. 打开CAD Import工作界面,导入简化后的挖掘机三维模型(.stp格式);
  2. 进入1D Modeling工作界面,对挖掘机的平台、动臂、斗杆、铲斗等运动件进行一维建模(不包括油缸),主要为定义运动件端口;
  3. 在Connection界面,对不同运动件选择相应的端口,创建相应的运动副;
  4. 生成草图,调整草图的布局,添加油缸元件,连接好草图;
  5. 进入参数模式,每个运动件的质量、惯量、重心位置等参数已经自动设好;
  6. 进入动画界面,检查各运动件间的运动副方向设置是否正确;
  7. Add三维模型,将动臂、斗杆等实体分别关联到相应的运动件,关联后隐藏运动件,只对三维模型进行显示。


『注:也可通过拖拉3D机械库中的元件进行连接再赋参数的方式进行建模。』

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方案二的仿真模型


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2、方案对比

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建模效率对比:方案一往往是两个软件各自独立仿真没有问题后才能进行联合调试,并且往往Virtual Lab.Motion的机械系统模型和Amesim的液控系统模型需由不同的工程师搭建,此外联调时特别要注意两个软件传递变量的符号、单位问题,否则会报错或得到不正确的结果;方案二由于各系统在Amesim一个软件中搭建,没有了接口设置、变量传递等,并且一般由一个工程师完成各系统模型搭建,因此通常情况下在建模效率上高于方案一的联合仿真。


计算速度对比:仿真时间设置为30s,方案一涉及两个软件之间的实时数据交互,所以仿真用时较长,共16min 43s,如果有仿真实时性的要求,方案一无法满足;方案二不涉及数据在不同软件间的传输、交互,仿真用时较短,仅28s,能够满足仿真实时性的需求。


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方案一的仿真计算时间


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方案二的仿真计算时间


仿真结果对比:以动臂、斗杆油缸位移及压力变量为例,可以看到,两个方案的仿真结果差异很小,而且方案二的3D库可通过关联三维模型来增强动画效果,达到和方案一的专业三维软件展示相当的效果。


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两种方案的仿真结果对比

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3、总结

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对于机液控系统建模,联合仿真,不论是Amesim Virtual Lab.Motion或Adams或Simcenter 3D Motion,还是通过专业接口或FMI的实现途径,较大的精力花费在建模前期。因此,如果工程师本身也很熟悉三维机械系统建模软件,或者机械系统模型已经由其他工程师搭建完成,且没有仿真实时性的需求,联合仿真不失为一种好的方法,后期可以很快的在三维软件中对机械系统模型进行调整(如姿态),重新生成接口文件进行联合仿真;如果不想再额外学习一门软件,或者对仿真速度有要求,那就不要再搞什么复杂的联合仿真,用Amesim一个软件实现,毕竟机械库的元件可满足多数机械运动问题的建模。


 

理论科普AMESimVirtual Test Drive仿真体系
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首次发布时间:2022-01-11
最近编辑:2年前
batt
本科 微信公众号:Amesim学习与应用
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