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摘要：简单回顾了液压仿真技术的发展，着重阐述了液压仿真技术的发展现状和特点，从不同的侧面介绍了一些软件，并讨论了未来的发展趋势。
: L9 {, n) ^ p% T/ [1 a2 ?8 q关键词：液压系统；计算机仿真；软件 * }; ]2 o$ M/ V
0 X% N7 n3 b! B" r4 j1 h- R/ @/ m1 前言
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+ \2 p$ e7 o* V& Q" Y) E1 x对液压元件和系统利用计算机进行仿真的研究和应用已有30 年的历史。随着流体力学，现代控制理论，算法理论，可靠性理论等相关学科的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，液压仿真技术也日益成熟，越来越成为液压系统设计人员的有力工具。鉴于20 世纪90 年代末以前液压仿真技术在国内外发展的情况，前人已有较多的介绍，本文不再详述，而是着重于近期的发展以及未来的方向。 : x2 u! q$ y& k4 @0 U
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2 现代液压仿真技术与软件
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从20 世纪70 年代初开始，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研究，我国也从20 世纪70年代末80 年代初开始进行液压系统与元件的仿真研究。经过几十年的研究开发，液压仿真软件包的性能实现了从原先的精度低，速度慢发展到精度高，速度快；从只能处理单输入、单输出的线性系统发展到能处理多输入、多输出的非线性系统；从复杂的编程和输入发展到交互友好的图形用户界面等都有极大的提升。特别是近几年，国外尤其在欧洲液压仿真技术得到了飞速发展，各款老牌的液压仿真软件纷纷推出了面目一新的版本。如英国的Bathf ，瑞典的Ho a ，德国的DSH + 等。另外一些擅长液压仿真的综合系统仿真软件在商业上也获得了很大的成功，具代表性的有法国的AMESIM，波音公司的Eay5。 a1 b7 m" c' K$ j r0 P* b# G
. f) l. O i/ |, @6 f d8 Z$ _) K! z/ B作为液压系统仿真软件包，无论是由商业软件公司还是大学研究机构开发的，都已经存在很长一段时间了，然而它们开始得到普遍的应用还是最近的事。从几个主流仿真软件的建模和仿真算法看，大致可以按图1 所示分类。 0 h% e: D2 o7 y' [0 ~7 b
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图1 建模和仿真算法
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3 g6 ?9 W- w9 m1 Q& q$ Z# \图1 所示的建模和仿真算法并没有绝对的优劣之分，各种软件可以说都发展到了成熟应用的阶段。信号流的方法比较适合于设计控制系统，通常表示为方块图的形式。能量端口的方法在能被描述成环路图的系统中得到了很好的应用，因为环路图就表示了系统的物理拓扑结构。在积分运算器的设计上，大部分软件采用了集中式运算器。随着计算机硬件技术和算法发展，集中式运算器的仿真速度也已不是瓶颈。而分布式运算器则对系统中的元件分别设定积分步长，提高了仿真速度，并对并行处理可以更好的支持。 1 @! Y0 v3 R) |" f2 W; E
) O0 {( M F3 f. Q- [% @9 q5 m+ c而纵观近几年液压仿真技术的发展，可以看出现代液压仿真软件具有以下特点：
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(1) 通用液压元件模型库和支持特定模型的创建显然，通用的元件库是核心，没有通用的液压元件模型库，一个软件也就不能被称为液压仿真软件了。支持用户自定义元件模型的创建也是必不可少的，因为无论通用模型库多么完美，也不可能包含用户对元件模型的全部要求。如在Amesim 里，自定义元件模型就是由软件自带的零件模块组装；
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! ~1 v& L) x5 I2 X(2) 支持多领域建模仿真在实际的工程应用设计中，几乎很少有纯粹的液压系统存在。液压系统通常是作为整个系统的一部分，即使元件也可能包括机械和电子器件，这就要求仿真时可以加入其他领域的模型，最常见的如DSH 中加入电子和机械方面的仿真模型，而Amesim 带有液压、机械、控制、信号、热力学、气动等多种模型库；
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(3) 数据库技术应用和技术文档生成功能一个仿真系统最主要的技术文档是系统的原理图，其他还包括元件的微分和代数方程的数学模型描述、参数、仿真结果、其他产品信息等。实现这一功能的手段开始采用复杂的数据库技术，而不是以传统的难以管理的文件系统形式。以瑞典某大学的液压仿真软件Ho a 为例，其使用数据库管理的仿真环境示意图如图2 所示。 / \8 L2 ]$ b9 c& p$ H% }7 a' c; q
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图2 数据库管理的仿真环境示意图 " D; O) Y. d% _& u& F' q' F" i
% [. e5 O8 S# ~- K0 h( q( V: v, A图2 中，Dynmoc 用以生成元件模型和系统连接的Fortra 程序， 而数据库， 仿真程序和数学运算软件Mathmatic 之间采用了Java 接口。Amo 模型数据库对数据进行集中管理，实现数据共享，保证数据的一致性和安全性以及用户操作的独立性，迅速准确地实现数据查询和通信；
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(4) 图形操作界面为了使众多并不具备熟练的计算机知识的普通液压技术人员能够在小型计算机上较为顺利地进行动力系统的仿真，从而使仿真技术能更广泛地用于工程实际，友好的交互界面是不可缺少的，这也是仿真软件大范围商品化的要求。目前，几乎所有知名的液压仿真软件都支持了图形化操作界面，元件模型在软件中一般以图标表示，系统则以原理图的形式直接在软件中画出，元件型号和元件参数通过操作液压原理图直接选取，而不需要单独编程输入，软件通过各自的识别技术根据回路的拓扑信息及组成元件的模型，由计算机自动生成回路的仿真计算模型的描述文件或程序； ' j. X1 e- M8 F8 S
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(5) 支持实时仿真及提供与通用软件的接口当前的液压仿真软件的积分运算器都包含了可变步长的功能，加上硬件速度的飞速提高，仿真速度大大提高，实现实时仿真已不是那么困难，而实时仿真使仿真人员在计算机屏幕上“实时”地看到系统的动作[/td][/tr] |
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发表于 2009-1-28 11:13:10