AMESim&AMESet 仿真技术及其应用

屈冲冲， 贺元成， 佘俗君

（1.四川理工学院，机械工程学院，四川 自贡643300；2.泸州职业技术学院，四川 泸州646000）

1 引 言

AMESim 是由法国Imagine 公司推出的一款多学科领域复杂系统建模与仿真平台，它采用物理学、模块化的理念，可用一平台建立一套完整的对机械、机电系统进行建模、仿真、实物测试的解决方案。AMESim 建有多个专业应用库，如液压库、机械库等，用户通过选择元件库中所需元件连接起来建立系统，选择子模型，确定参数进入仿真模式即可导出所需数据。

对于AMESim 高级用户，使用AMESim 提供的独立平台AMESet 在各个领域如（液压、机械等）扩展它的元件或者子模型，来完成特殊需求系统的建模与仿真。AMESet 是代表高级建模环境编辑工具，它的实质为AMESim 的一个子模型编辑工具，即二次开发平台。用户可根据特殊需要开发和拓展模型，建立可以完全兼容AMESim 的元件模型，以完成仿真。它为用户提供详尽的图形化用户界面，可编辑元件库中已有元件或者建立新元件来满足功能需求。除此之外，AMESet 提供了一套标准代码框架，用户在特定位置输入自己的计算代码，元件即可导入AMESim 中使用。

2 AMESet 软件的特征

AMESet 软件归纳起来共有以下四种特征：

（1）添加或者去除一个元件库。AMESim 提供的30个标准元件库（如信号库、机械库等元件库）是不可以直接添加元件的，用户可以利用AMESet 新建元件库，如针对某一领域建立mycategory 用来放置特殊功能元件，如果该库不再使用，用户可以移动或者删除该库。

（2）添加、编辑、去除元件库中的元件子模型。利用AMESet，用户使用元件设计器来设计元件，元件的设计过程是可视的。可以调用标准元件库中的元件或者元件子模型来添加子模型，也可以直接绘制新元件。在该元件或者其子模型不再使用时，用户可以移动或者删除该元件或者子模型。

（3）创建元件子模型规范。每个子模型都需要特点的规范文件，AMESim 通过这些规范来判定元件的端口类型，端口类型的细节特征决定着与其关联交换信息的元件的类型。AMESet 提供图形化可视环境来帮助用户设置内部变量、外部变量、实时参数、文本参数等信息的细节，并且生成相关的规范，使其与标准元件库中的元件子模型完全兼容并能够相互交换数据。

（4）形成元件子模型的代码框架。AMESet 的编译语言为C 语言、Fortran。在用户设置了各种参数、变量后，点击generate submodel code 按钮即可产生相应的代码，用户在代码区的6 个特定区域编写相应的算法和声明，即可进行编译。

3 齿轮齿条在编辑元件子模型中的应用

首先打开AMESet，选择齿轮齿条模型RACK00 子模型。RACK00 子模型的作用是将端口1 的线速度转化为角速度，将端口2 的扭矩转化为端口1 的力。如图1，通过重新编辑RACK00 使其可以计算齿条的位移和齿轮的角度位置，并建立简单系统模型进行测试，利用batch parameters工具进行批处理，验证在不同参数下齿轮齿条机构的输出情况。

新的RACK00 子模型增加了两个内部变量和一个实时参数，分别是displacement of the rack（齿条的位移）、the angular position（角度位置量）、radius of the pinion（齿轮的半径）。内部变量参数设置如表1。

图1 RACK00 子模型

表1 内部变量设置表

其他变量由用户根据实时工况中所用齿轮基本参数对RACK00 子模型进行设置，设置完成后，点击按钮generate submodel code 系统产生代码，在Calculation Function Executable Statements 区域输入代码如下：

其中，x 是齿条的线性位移，radius 是齿轮的半径，该函数对角度位置进行计算。保存、编译、关闭AMESet 进入AMESim 更新category，使得新设计的元件子模型能够被调用。

启动AMESim利用图2 系统测试新创建的齿轮齿条结构。在本系统中，利用分段线性信号源输出方波信号控制齿轮齿条的来回移动，由扭矩转换器将方波信号转化并传递扭矩。为了验证齿轮的半径和直齿轮压力角的大小，分别对传输速度的影响，采用批处理的方式，分别以200mm、4°为步长，验证其产生的影响。

在齿轮压力角为标准压力角20°时，选择齿轮半径最大为1000mm，以200mm 为步长进行批处理仿真，仿真过程为7 个分步，测试所得结果如图3 所示，在0～2s 时间段内，齿轮接受到扭矩转换器由方波转换过来的扭矩，物质块向右移动，速度逐渐达到最大值并逐渐减小，齿条向右移动到最右端，运动结束；在2～3s，齿条带动物质块向左运动，在3s时达到最大值并逐渐减小，在4s 时速度减小为0，运动结束。相同扭矩下，齿轮半径越大物质块移动的速度越慢。AMESim 可以为用户在进行此类工程测试时提供设计借鉴。

图2 齿轮齿条子模型测试系统

在齿轮半径为200mm 不变时，测试直齿轮采用非标准压力角时曲线的变化。以压力角为28°时开始测试，4°为步长进行批处理测试。仿真结果显示，各变量（点1 处的线速度等）均不受压力角变化影响。输出如图4。

图3 点1 处的线速度

图4 点2 处的角度

4 结 语

以上元件在AMESet 中进行设计，并在AMESim 软件中成功调用，证明了AMESet 软件作为AMESim 的开放源代码的成熟的二次开发平台，对于提高工程机械的设计及优化效率有着重要的意义。AMESet 可为用户提供图像可视化的设计模式，通过用户定制创建的元件完全兼容AMESim，可与标准元件库中的元件子模型连接进行仿真，使建模仿真过程更加符合系统真实性，增加仿真的可靠度和仿真结果的正确性。同时，该软件也需要更加完善，对于普通用户该软件专业性太强，开发人员必须十分熟悉AME 系列软件及其内部代码，这样限制了工程人员用户群的数量，AMESim 系列软件需要继续增加元件子模型的数量，使其更加用户化。

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