基于AMESim／Matlab的液压六自由度运动平台仿真研究

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Study OH the hydraulic 6-DOF based On AMESim/MatlabWu Jiannan，Wang Yongliang，Zhao Yulong，Dong Zhichao(Military Study Institution，Aire Force Aviation University，Changchun 1 30022，China)Abstract：In order to improve the accuracy and the control efect of hydraulic 6-DOF simulation roodel，the CO-simulation wasaceomplished by using AMESim.Matlab and PID.The result shows that the CO-silnulation taking the advantage of both AMESimand Matlab received good efect in the simulation of hydraulic 6-DOF.which laid a good foundation in the further study othy-draulic 6-DOF。

Key words：hydraulic 6-DOF；AMESim ；Matlab；PID飞行模拟器是当今军事仿真技术 的重要研究领域 ，液 压六 自由度 运 动平 台则 是 飞行模 拟 器 的重 要 组 成部分。液压六 自由度运动平台通过计算机实时控制 ，能够向飞行员提供飞机运动的动感信息 ，使飞行员的感觉 与真 实 飞行 时 的感 觉 相- 致l1j，其运 动性 能 的优 劣 将直 接关 系到飞 行模 拟的逼 真度 。从 力学 角度 看 ，并联 六 自由度 运动 系统 是 -个 非 线性 、强耦 合 、变 参数 的多 变量 系统L2I，其 建模 难度 非 常大 。而 应 用较 为 广泛 的- 些仿 真软 件 ，如 AMESim、Matlab、ADAMS等 ，都有 各 自的优 缺点 ，从 而造成 了依靠 单- 的仿 真 软件建 立 的模 型得 到 的仿 真结 果不尽 如人 意 。

基于 AMESim和 Matlab联合仿真技术是近年发展的- 项新 技 术 ，它 利用 AMESim 和 Matlab接 口技术 将 两个优秀的专业仿真软件联合起来 ，解决了复杂系统建模难度 大 的 问题 ，广 泛 应用 于 汽 车制 造 、航 空 航 天等 领 域 的仿真研究。为了检验该联合仿真技术在液压六 自由度运动 平 台上的仿 真效果 ，本文 以液 压六 自由度单 通道 系统为例 ，对 AMESim/Matlab系统进 行数学 建模 ，获得 了 良64好 的仿真效 果 。

1液 压六 自由运动 平台组成 及工作 原理1.1运动 平台组成液压 运 动平 台 由控制 汁算 机 、接 口系统 、液压 汞站 、液 压伺 服 系 统 、接 口系 统 等组 成 ，基 本 组 成结 构 如 图 1所 示图 1 液 运 动 平 行组 成 结 构 冈1.2运 动平 台工作 原理控制计算机模拟实时接收飞行方程解算 出的 与控制运动装置有关的各种信息(也可由实验者直接输入与控制 运 动装 置有 关 的各 种信 息 )并 进 行处 理 ，经 D/A变换 、前置 滤波 、伺 服放 大后成 为 电液伺 服阀 的输入 信 号 ；《微型机与应用》2013年 第 32卷 第4期Technique and Method电液 伺服 阀在 液压 站 的配合 下 ，控 制 液压 缸 的进 油方 向和流 量 ，进 而驱 动液压 缸平 滑 、稳定 地 伸缩 ，实 时产 生期望 的过 载 、姿态 、振 动等运 动 信息 ；同时液 压缸 的伸 长量还经 位置 传感 器送 给 比较放 大器 ，形成 硬件 闭环 控 制 ，同时 也送 给 接 口系统 ，通过 A/D变 换 后输 入 给 控 制计算机 ，作 为 检测 和 控制 信 息 ；液压 缸 上 下 腔 的压 力 差也反馈 给 比较放 大 器 ，进 行 压力补 偿 ，提 高控制 精 度 。

2 液压 六 自由度 运动 平台联 合仿真由于 AMESim 软件具 有很 强 的兼 容性 ，同时考 虑 到Matlab软件 具有 强 大 的计算 能 力 以及它 与 AMESim 之 间有 良好 的转 换 接 口 ，本 文选 用 AMESim对 运 动平 台的各个组成部件进行建模，然后将模型通过接 口技术导入到Matlab中 ，在 Simulink环境 下进 行控 制分 析 。由于 篇幅有限 ，本 文 以液 压 六 自由度运 动 平 台单通 道 系统 为研 究对象进 行 建模仿 真分 析 。

2.1 AMESim 环境 下建 模机 电液 专业仿 真 软件 AMESim 采用 面 向系 统原 理 图建模 方法 ，便 于工程 技术 人员 掌握13t，其 自带 的智 能求解器能 保证运算 精度并 具有 良好 的扩展 性 。图 2所 示为单通道系统在 AMESim中的仿真模型。具体建模步骤如下：④传 感 器图 2 液 压六 自由度 平 台 单通 道 系统 AMESim 仿 真 模 型(1)在 AMESim/Sketch mode模 式 下 根 据 系 统 物 理 构成 搭建 清 晰直 观的物 理模 型 ；(2)在 AMESim/Submodel模式下 为搭建 的物理模 型选 择子 模型 ；(3)在 AMESim/Parameter模 式 下 根 据 实 际平 台 的 参《微型机与应用》2013年 第32卷 第4期数设置 AMESim模型参数 ，具体设置如下 ：液压缸初始位 移 0 mm；活 塞 直 径 100 Inn；杆 直 径 70 him；质 量 块300 kg；黏 滞摩 擦 系数 0.000 1 NIm/s；静摩擦力 0.6 N；安全 阀开启压力 21 MPa；汞 排量 40 mL/r；转 速 1 500 r/rain；电机转 速 1 500 r/rain；伺服 阀各通路额定 流量 400 L/rain；对应压 降 3.5 MPa；额 定 电流 40 mA；伺服 阀阻 尼 比 2；伺服 阀 固有频 率 50 Hz。

2.2 AMESim/Matlab下 系统 建模AMESim虽然可提高系统建模精度 ，但在数值处理 、控制算法设计方面功能不是很强大 ；而 Simulink借助于Matlab强大 的数 值计 算 能力 ，在 数值 计 算及 控 制算 法研究方 面得 到了广泛应 用 ，但在 Matlab环境 下 的建 模精 确度不是 很高。采用联合仿 真技术将两个专业仿 真软件联 合起来可取长补 短 ，发挥各 自的优势 ，提高仿真 的精确度 。

AMESim 与 Matlab/Simulink的联 合仿 真 通过 AMESim的创 建 输 出 图标 功 能 与 Simulink中 的 S函数 实 现连接 ，图 3为 运动平 台在 Simulink环 境下 的仿 真模 型 。

图 3 液 压六 自由度 运 动 平 台 单通 道 系 统 Simulink仿 真 模 型具 体实 现步 骤为 ：(1)在 AMESim 中采用 绘 图模 式 建立 系 统模 型 ，并为Simulink的控制拈构造 -个 图标 。具体方法为在绘 图模式 中点 击 界 面 ”(Interface)菜单 ，选择 创建 输 出 ”(CreateExport Icon)图标 ，选 择 输人 输 出端 口数 目 ，定 义 图标 联合仿真界面 SimuCosim并对此界面进行说明，将模型与界 面图标 相对 应 的部分 连接 起来完 成 整个模 型 的搭建 。

(2)在 AMESim子模型模式下为系统各个拈选择合适 的子模 型并 保存 。

(3)在 AMESim参 数模 式 中输 人 系统各 个模 块参 数 。

(4)在运行模式下点击开始”运行 。运行结束 即将 AME-Sire模 型转 化 为 Simulink中可 以调 用 的 S函数 。

(5)在 Simulink中构 建 控 制 系 统模 型 ，在 S-Function模 块 参 数 设 置对 话 框 中设 置 函 数名 及 生 成结 果 文 件 的时 间间隔 。

3 系统仿 真分 析在 Simulink环境 下输 入阶跃 信号 ，设 定仿 真 周期 为10 S，采样 周 期 为 1 S，联 合仿 真 下 液 压缸 的 位 移 曲线 如图 4所 示 。

由 图 4可 知 ，联 合仿 真效 果 良好 ，系统稳 定 无超 凋 ，但 系统上 升 时 间过 长(约 8 S达 到稳 态)。而上 升 时 问反映 了系统 的快速 性 ，上 升时 间越短 ，控 制进 行得 就越 快 ，系统 品质 就越好 。从 图 4的仿 真 结果 可 以看 出 ，系统 动态品质 较差 ，不 符合 六 自由度 液压 平 台实 时性 要求 ，需欢 迎 网 上 投 稿