基于AMESim的液压系统动态特性仿真与优化研究

摘要

液压系统是机械伺服装置中的经典结构。即使在机电类元件获得长足进步的今天，液压系统仍以其功率高、重量轻、响应快，低速特性好等特点而在不少系统当中扮演着举足轻重的角色。由于液压系统复杂的物理属性：非线性，不连续性和大刚性等给它的分析和设计造成很大障碍。液压系统的数字仿真与优化则是降低成本，提高设计质量和功效的有力手段。 本文首先研究了液压系统常用的建模理论与方法；其次，介绍了适用于液压系统优化的智能算法遗传算法的原理，基本操作，参数设定以及模式理论；再次，研究了高级液压系统建模仿真软件AMESim及其系列软件的功能和特性，着重研究了主体软件AMESim的使用方法，以液压位置伺服系统为例详细分析了AMESim的应用，并实现了AMESim与Matlab\Simulink的联合仿真。最后，介绍了液压系统优化的主要内容与方法，运用遗传算法对PID参数进行了优化设计，使仿真与优化有机结合起来。 研究表明：数字仿真与优化是分析改进液压系统动态特性的有效途径，运用AMESim对液压系统仿真方便，高效，直观，且仿真精度较高。遗传算法具有的全局寻优能力和对寻优函数基本无限制的特性使得它非常适合于液压系统的优化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1仿真技术的现状与发展

1.1.1仿真计算机的现状与发展

1.1.2计算机仿真软件的现状与发展

1.2仿真技术在液压领域中的应用

1.2.1液压系统设计的任务

1.2.2液压仿真研究的主要内容

1.2.3国内外液压仿真技术发展概况

1.2.4液压仿真技术的特点及发展方向

1.3本课题研究意义及内容

1.3.1课题来源

1.3.2研究意义

1.3.3研究的具体内容

2液压系统建模方法研究

2.1解析法建模

2.1.1微分方程模型

2.1.2传递函数与方框图

2.1.3信号流图

2.2状态空间法建模

2.2.1系统状态变量模型

2.2.2解析法建状态变量模型

2.3功率键合图法

2.3.1功率键合图建模基本原理

2.3.2功率键合图的绘制

2.3.3由键合图推导系统数学模型

2.3.4液压系统基于功率键合图的自动建模方法

2.4“灰箱”建模法

2.4.1 “灰箱”建模法的特点和步骤

2.4.2“灰箱”建模法的原理

2.5本章小结

3遗传算法

3.1遗传算法简介

3.1.1遗传算法的基本原理及特点

3.1.2基本遗传算法过程及流程图

3.2遗传算法的基本操作

3.2.1编码

3.2.2适应度函数的设定

3.2.3遗传操作

3.3遗传算法运行参数设定

3.4模式理论

3.4.1模式

3.4.2模式定理

3.5本章小结

4液压机械建模仿真软件AMESIM的应用

4.1 AMESim简介

4.1.1 AMESim软件介绍

4.1.2 AMESim软件的特点

4.1.3模型库

4.1.4 AMESim模块介绍

4.2 AMESim在液压系统中的应用

4.2.1 AMESim应用举例分析1

4.2.2 AMESim应用举例分析2

4.3 AMESim与Matlab/Simulink联合仿真

4.3.1联合仿真设置

4.3.2联合仿真实现

4.3.3联合仿真应用举例

4.4本章小结

5基于遗传算法的液压系统优化设计

5.1液压系统优化

5.1.1液压系统的组成

5.1.2液压系统优化的主要内容

5.2液压系统优化方法及发展趋势

5.3液压位置伺服系统PID参数优化

5.3.1伺服系统的基本要求

5.3.2基于遗传算法的PID整定原理

5.3.3优化实例

5.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果