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仿真技术在液压控制方面的应用与发展

  (4)图形化操作界面:目前,几乎所有知名的液压仿真软件都支持图形化操作界面,从而使仿真技术能够更广泛地用于工程实际、更大范围的商品化。元件模型在软件中用图标表示,元件型号和元件参数通过操作液压原理图直接选取,软件通过各自的识别技术、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描述文件或程序。

 

  (5)支持实时仿真及提供与通用软件相匹配的接口,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,使仿真计更直观、更具说服力。在软件的接口方面,MATLAB/SIMULINK 已经成为所有液压仿真软件的通用接口,一些有合作关系的公司和大学研究机构也相互提供了接口。

  综合考虑,由于液压仿真软件对用户最为“友好”,因此应用面最为广泛。

  三、液压仿真技术存在的主要问题

  (1)系统建模不易

  对液压系统进行建模的首要任务就是建立数学模型,最困难的就是进行建模,然后才可能进行计算机研究,建模是一件相当复杂的工作。目前大多数采用状态方程建模,但也有一些软件采用传递函数或键合图进行建模。这些对于一般的液压工作者来说存在着难度。传统的定量仿真技术首先要建立精确的数学模型,将对象系统的结构和功能表示成为以微分方程为主的一系列数学方程,通过解方程组之类的数学途径,导出基于函数解或是数值解的系统行为描述后才可能进行计算机仿真。但在实际系统太复杂或是知识积累不够的情况下,根本不可能构造出系统的精确定量模型。

  这一方面,利用相似系统这一概念,液压系统这样的非电系统可以通过系列的转换化为相似的电路系统。首先使用电路元件的符号可以把复杂的液压系统职能符号变成便于阅读和分析系统特性的电路图。其次,利用各种成熟的电路理论技术,例如阻抗概念和各种网络理论(如网络的拓扑分析法),可以有效地用于实际液压系统地分析。再次,电路元件更换方便,数值容易改变,测量电流和电压都比较方便。非常重要地一点是,各种近代电路理论,如网络方程,图论,分裂法等,在近二三十年都得到了长足地发展,在计算机辅助分析和设计领域都得到了成功应用。因此借鉴已有经验,可以将液压回路(或是液压单元)和液压系统转换维结构和特性类似的电回路和电系统来研究。

  (2)系统仿真的精度和可靠性不高

  由于液压仿真软件和仿真技术等方面的原因,仿真结果的精度不是很高。如果建模的原理和方法不正确、模型简化、对模型原始数据的选取存在偏差和计算机性能的影响都会降低仿真结果的精度。

  (3)仿真模型库不完善

  在大多数的液压系统仿真系统中,一般将仿真元件简单分为液压泵,液压马达,液压阀,液压缸和液压辅件等五类。然而据此建立的模型库都是标准元件,而在实际液压系统中还存在许多元件是模型库中没有的,因此需要另外编入。

  (4)液压软件的通用性不好

  许多仿真软件是某一专门领域的,对液压系统中的元件和仿真参数都有严格的要求,因此使用不同的仿真软件对同一系统也需要编写不同的仿真程序,即这些软件的移植性和其他软件的接口性不好。

   四、液压仿真技术的发展方向

  今后液压仿真技术的发展方向主要有:

  1.深入研究系统的建模和算法:模型是仿真的基础,建立正确的模型,能更深入、更真实反映系统的主要特征。因此应大力发展建模技术,力求为系统设计和分析提供准确的依据,使系统工作能更真实反映实际情况。同时,液压仿真软件的实际应用平台开始转向微机,这就对单机算法的改进提出了要求。

  2.最优化设计的研究:仿真软件的优化设计包括结构设计的最优化、参数最优化及性价比的最优化。用现代控制理论和人工智能专家库设计系统结构,并确定系统参数,缩短设计周期,达到最优的效果。

  3.实时仿真技术的研究:为了使仿真计算更直观、更具说服力,常常采用实时仿真。所谓实时仿真,包含两层含义:一是仿真结果的表达采用动画技术,二是在计算机屏幕上能”实时”地看到系统的动作。实时仿真对数据处理速度提出较高的要求,并通常需要一个三维实体造型器的支持。

  4.并行仿真技术的研究:由于数学模型因考虑多种因素而变得越来越复杂,而仿真结果的输出则希望越来越快,因此,仿真方法对数据处理速度提出很高的要求。多计算机或多CPU同时对同一问题进行仿真计算,是解决大量数据计算的有效途径,因而并行仿真方法应运而生。并行仿真环境可以借助计算机网络系统。

  5.仿真软件与实际物理系统的连接:以实际的物理部件作为仿真模型的一部分,使仿真过程更加灵活、更有可信度。目前在国防工业的武器研制中大量使用了半实物仿真系统,而在液压领域才刚刚起步。主要的困难在于接口,因为额外的传感器不仅增加了费用,也引入了误差,使系统更加复杂。

  6.进行多媒体技术与面向对象技术的研究:多媒体技术特别是多媒体动画技术可以动态直观地表示液压传动内容,而用面向对象的方法取代传统模块式的液压仿真软件设计,它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型,弥补了模型与实际系统之间的差距,从而可以使系统的运作通过对象之间的接口和消息传递实现,简化仿真系统的复杂性,增强了仿真研究的直观性和易理解性。另外,通过该仿真技术可以很容易实现和计算机图形学、管理决策等学科的结合,从而建立一个基于面向对象技术的仿真模型可视化输入环境

  7.半物理仿真的研究:半物理仿真的特征是仿真模型中包含物理模型。当一些系统部件和现象难于建模,或在某些特殊要求下,系统的某些部分或其相似系统成为仿真模型的一部分,从而使仿真结果更具说服力。半物理仿真中要解决的关键问题是处理好仿真模型中数学部分与物理部分的衔接。(e-works)

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