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機電液系統(tǒng)多級復雜度建模方法
2020-06-29 00:06:36· 來源：Simcenter 1D 系統(tǒng)仿真 作者：鄧博文
1 問題概述本文主要討論作為各類設備通用型的技術：機電液系統(tǒng)多級復雜度建模方法。西門子的Amesim平臺起源于20世紀80年代，以液壓流體為基礎，借鑒行業(yè)經驗和工
1 問題概述
本文主要討論作為各類設備通用型的技術：機電液系統(tǒng)多級復雜度建模方法。西門子的Amesim平臺起源于20世紀80年代，以液壓流體為基礎，借鑒行業(yè)經驗和工程咨詢，不斷的完善、豐富，形成各領域驗證后的專業(yè)模型庫，供各行業(yè)參考使用；同時擴展很多易用性交互工具、各類CAD輔助工具等等，進一步的減輕專業(yè)工程人員的建模難度和工作量，使之更加專注于工程問題的創(chuàng)新和驗證。
2 建模詳述
以典型的機電液系統(tǒng)：工程機械為例，進行多級復雜度建模方法的詳細介紹，包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等等。
2.1 動力系統(tǒng)
動力系統(tǒng)包括：內燃機、電機電池、以及所構成的各類混動系統(tǒng)等。本文以內燃機為例進行介紹。
根據仿真需求不一樣，Amesim提供多種不同復雜度的模型：
• 數表模型：基于發(fā)動機萬有特性試驗數據，用于整車動力性、經濟性分析；
• 均值模型：基于發(fā)動機萬有特性試驗數據或高頻模型仿真數據，用于控制邏輯的驗證和部分參數的預標定；結合控制和熱管理模型的整車動力、油耗及排放分析；
• 高頻模型：基于幾何結構數據和一小部分試驗數據；用于發(fā)動機瞬態(tài)性能分析（流量、壓力、溫度、Knock、排放）；控制邏輯的驗證和絕大部分參數的預標定；結合其他高頻系統(tǒng)模型（傳動、懸架、熱管理）進行車輛NVH、駕駛性、熱舒適性等復雜屬性分析等等。
輔助工具：以發(fā)動機萬有Map等逆向工具為例。實現(xiàn)及應用：
• 沒有全面測試數據的情況下進行建模仿真；
•非常直觀、簡化工作流程，輔助發(fā)動機數據和燃油消耗圖生成；
•簡單的參數設置，幾分鐘獲取第一組準備使用的數據；
•實時的預覽生成的發(fā)動機特性曲線，進行校核。
2.2 液壓系統(tǒng)
同樣，作為行業(yè)通用的液壓系統(tǒng)及液壓部件分析工具，提供非常完整的模型庫，包括液壓系統(tǒng)設計、液壓元器件設計等等，滿足不同的設計分析目的。以液壓泵為例介紹不同復雜度模型，包括功能級、性能級1、性能級2，如下：
液壓泵輔助建模工具：在標準液壓泵模型的基礎上，提供非常多的輔助工具，例如柱塞泵、葉片泵、齒輪泵的CAD導入工具和參數化設計工具。
•CAD導入工具：實現(xiàn)液壓泵的CAD自動識別、參數識別等，自動生成相應的液壓泵模型，可用于液壓、熱液壓、氣動等領域；
•參數化設計工具：采用行業(yè)通用的參數驅動設計功能，只要輸入相應的幾何參數，自動生成相應的液壓泵模型，可用于液壓、熱液壓、氣動等領域。
液壓閥設計輔助工具：除了Amesim提供的大量標準液壓閥模型以外，提供閥設計輔助工具。
•所有操作通過鼠標完成；包括閥口數量、連接關系、驅動關系等等的定義；
•給定任意閥通道的壓力流量曲線或開啟特征曲線，自動的生成對應的液壓閥；特別適合于非標的場合。
2.3 機械系統(tǒng)
同樣，Amesim提供適用于不同應用場景的機械系統(tǒng)，包括：1D、2D平面機構、3D三維機械等等標準機構模型、各類接觸模型等等，詳細如下圖：
機構導入輔助工具：根據提供的CAD模型，定義各運動部件、各部件之間的運動副、接觸副；自動的進行參數識別，自動的進行機構模型的生成。詳細如下圖：
3 小結
本文以典型的機電液系統(tǒng)為例，進行多級復雜度建模方法的詳細介紹，包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等等。并就Amesim提供的輔助工具進行簡單介紹，以減輕建模工作壓力，主要涉及到的APP有：
•動力系統(tǒng)：發(fā)動機萬有Map等逆向工具，電池性能Map逆向工具，電池參數辨識工具，電機效率Map逆向工具；
•液壓系統(tǒng)：各類泵CAD導入工具、各類別參數化工具、液壓閥通用設計工具、管路子模型自動選擇工具、油液定制工具等；
•機械系統(tǒng)：機構CAD導入工具等。
總之，作為行業(yè)標配的機電液熱控集成平臺，在不斷豐富完善模型的基礎上，提供非常多基于行業(yè)經驗的APP工具，減輕客戶建模本身難度和工作量，以便于更多的投入到工程創(chuàng)新實踐中。
本文主要討論作為各類設備通用型的技術：機電液系統(tǒng)多級復雜度建模方法。西門子的Amesim平臺起源于20世紀80年代，以液壓流體為基礎，借鑒行業(yè)經驗和工程咨詢，不斷的完善、豐富，形成各領域驗證后的專業(yè)模型庫，供各行業(yè)參考使用；同時擴展很多易用性交互工具、各類CAD輔助工具等等，進一步的減輕專業(yè)工程人員的建模難度和工作量，使之更加專注于工程問題的創(chuàng)新和驗證。
2 建模詳述
以典型的機電液系統(tǒng)：工程機械為例，進行多級復雜度建模方法的詳細介紹，包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等等。
2.1 動力系統(tǒng)
動力系統(tǒng)包括：內燃機、電機電池、以及所構成的各類混動系統(tǒng)等。本文以內燃機為例進行介紹。
根據仿真需求不一樣，Amesim提供多種不同復雜度的模型：
• 數表模型：基于發(fā)動機萬有特性試驗數據，用于整車動力性、經濟性分析；
• 均值模型：基于發(fā)動機萬有特性試驗數據或高頻模型仿真數據，用于控制邏輯的驗證和部分參數的預標定；結合控制和熱管理模型的整車動力、油耗及排放分析；
• 高頻模型：基于幾何結構數據和一小部分試驗數據；用于發(fā)動機瞬態(tài)性能分析（流量、壓力、溫度、Knock、排放）；控制邏輯的驗證和絕大部分參數的預標定；結合其他高頻系統(tǒng)模型（傳動、懸架、熱管理）進行車輛NVH、駕駛性、熱舒適性等復雜屬性分析等等。
輔助工具：以發(fā)動機萬有Map等逆向工具為例。實現(xiàn)及應用：
• 沒有全面測試數據的情況下進行建模仿真；
•非常直觀、簡化工作流程，輔助發(fā)動機數據和燃油消耗圖生成；
•簡單的參數設置，幾分鐘獲取第一組準備使用的數據；
•實時的預覽生成的發(fā)動機特性曲線，進行校核。
2.2 液壓系統(tǒng)
同樣，作為行業(yè)通用的液壓系統(tǒng)及液壓部件分析工具，提供非常完整的模型庫，包括液壓系統(tǒng)設計、液壓元器件設計等等，滿足不同的設計分析目的。以液壓泵為例介紹不同復雜度模型，包括功能級、性能級1、性能級2，如下：
液壓泵輔助建模工具：在標準液壓泵模型的基礎上，提供非常多的輔助工具，例如柱塞泵、葉片泵、齒輪泵的CAD導入工具和參數化設計工具。
•CAD導入工具：實現(xiàn)液壓泵的CAD自動識別、參數識別等，自動生成相應的液壓泵模型，可用于液壓、熱液壓、氣動等領域；
•參數化設計工具：采用行業(yè)通用的參數驅動設計功能，只要輸入相應的幾何參數，自動生成相應的液壓泵模型，可用于液壓、熱液壓、氣動等領域。
液壓閥設計輔助工具：除了Amesim提供的大量標準液壓閥模型以外，提供閥設計輔助工具。
•所有操作通過鼠標完成；包括閥口數量、連接關系、驅動關系等等的定義；
•給定任意閥通道的壓力流量曲線或開啟特征曲線，自動的生成對應的液壓閥；特別適合于非標的場合。
2.3 機械系統(tǒng)
同樣，Amesim提供適用于不同應用場景的機械系統(tǒng)，包括：1D、2D平面機構、3D三維機械等等標準機構模型、各類接觸模型等等，詳細如下圖：
機構導入輔助工具：根據提供的CAD模型，定義各運動部件、各部件之間的運動副、接觸副；自動的進行參數識別，自動的進行機構模型的生成。詳細如下圖：
3 小結
本文以典型的機電液系統(tǒng)為例，進行多級復雜度建模方法的詳細介紹，包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等等。并就Amesim提供的輔助工具進行簡單介紹，以減輕建模工作壓力，主要涉及到的APP有：
•動力系統(tǒng)：發(fā)動機萬有Map等逆向工具，電池性能Map逆向工具，電池參數辨識工具，電機效率Map逆向工具；
•液壓系統(tǒng)：各類泵CAD導入工具、各類別參數化工具、液壓閥通用設計工具、管路子模型自動選擇工具、油液定制工具等；
•機械系統(tǒng)：機構CAD導入工具等。
總之，作為行業(yè)標配的機電液熱控集成平臺，在不斷豐富完善模型的基礎上，提供非常多基于行業(yè)經驗的APP工具，減輕客戶建模本身難度和工作量，以便于更多的投入到工程創(chuàng)新實踐中。
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