AMESim与MATLAB\Simulink联合仿真技术及在发动机主动隔振中的应用 - 文章

AMESim与MATLAB\Simulink联合仿真技术及在发动机主动隔振中的应用

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摘要：介绍了AMESim 软件与MATLAB\Simulink 的接口技术，并使用AMESim 与MATLAB\Simulink 对发动机主动隔振进行了联合仿真，分析了主动以及被动隔振的隔振效果，为主动控制提供了新的设计思路。
关键词：AMESim ，MATLAB\Simulink ，联合仿真，主动隔振，LQR

1. AMESim 软件介绍以及与MATLAB\Simulink的接口技术

AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems ) 是1995 年由法国IMAGINE 公司开发的一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim仿真模型的建立扩充或改变都是通过图形界面（GUI）来进行的，使用者不用编制任何程序代码。该软件采用了鲁棒性极强的智能求解器，自动选择最佳的积分算法，从而缩短了仿真时间、提高了仿真精度。此外，AMESim与多种软件的具有接口。

AMESim 提供了与Excel、Matlab、MATLAB\Simulink 和ADAMS 等软件的接口，可方便地与这些软件进行联合仿真。

为了实现联合仿真需要在Windows2000 或更高级的操作系统下安装VisualC++6.0、AMESim4.0 和MATLAB6.1（或者三种软件的更高版本），并进行以下设置：

1) 设置环境变量。

打开“控制面板”，选择“系统”菜单，然后选择“高级”里的“环境变量”。在“系统变量”栏新建变量，变量名为“MATLAB”，变量值为MATLAB 的安装路径，如：“C:\MATLAB6p5”；确认在系统变量“Path” 中包括Windows 安装路径“C:\WINNT” 如果没有请添加上。

2) AMESim工作环境的设置。

打开AMESim，选择“Options”下拉菜单里的“AMESim Preferences”,选择“Compilation/Parameters”，确认选中“Microsoft Visual C++”；

3) MATLAB工作环境的设置。

打开MATLAB，输入“mex -setup”,回车后选择“y”后，显示如下：

Select a compiler:

[1] Digital Visual Fortran version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
[2] Lcc C version 2.4 in D:\MATLAB6P5\sys\lcc
[3] Microsoft Visual C/C++ version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
[0] None

Compiler:
选择 3；
回车后输入“y”，则设置完成。

2. 基于AMESim与MATLAB\Simulink联合仿真技术的发动机主动隔振LQR最优控制的仿真。

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图1 发动机主动隔振系统

2.1. 发动机主动隔振模型。

发动机主动隔振系统可简化为2 自由度的质量弹簧阻尼系统，其力学模型如图1所示，me =100kg 为发动机质量，mb =800kg 为车身质量， km =266 000N/m 为被动悬置刚度，
cm =1 300N/m/s 为被动悬置阻尼系数，kw =1 000000N/m 为轮胎和悬架的等效刚度，cs =1 000N/m/s 为轮胎和悬架的等效阻尼系数，xe 为发动机垂直振动位移，xb 为车身垂直振动位移，xa为作动器产生的垂直变形量。一个四缸发动机的运转速度一般在6 000r/min以下，而振动噪声源主要是二阶机械振动，即发动机振动频率一般在200Hz 以下。仿真试验中以75Hz 正弦信号模拟发动机振动激励，则F = 200sin 471t N 等效为发动机产生振动时所受的力。系统运动方程可表述如下：

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2.2. 设计 LQR控制器

对发动机进行主动控制的主要目的是使用较少的能量驱动作动器，降低由发动机振动引起的车身加速度，及悬置动挠度。取目标函数为：

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在MATLAB中可以通过直接调用“[K,S,E] = LQR(A,B,Q,R,N)”这个命令得到K。本例中K=[ -4124.3，850.79，-41543，938.93].

2.3. 联合仿真

1) 在 AMESim中建模如图2 所示。图中左侧为被动隔振，右侧为主动隔振。

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图2 AMESim中的系统建模（左侧为被动隔振，右侧为主动隔振）

2) 在 MATLAB\Simulink中建模如图3 所示。

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图 3 主动控制Simulink仿真

3) 仿真结果：图4 为被动隔振车身加速度仿真结果；图5 为主动隔振车身加速度仿真结果。

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图4 被动隔振仿真结果

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图5 主动隔振仿真结果

3. 结论

通过仿真过程可以发现AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真可以很方便的建立动力学系统模型，并且操作简单，高效准确。AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真可以应用到更复杂更广泛的领域，把工程师从繁琐复杂的建模过程解脱出来。通过对被动隔振系统、主动隔振系统的仿真及比较可以看出，用LQR 法控制主动隔振系统可以明显地降低由发动机振动引起的车身振动，最大处降低车身加速大约达50.5%；起到了很好的隔振效果。

参考文献
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文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/17/2011)


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