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Simcenter Amesim 多领域系统仿真平台

     Simcenter Amesim 是一款业界领先的集成式、可扩展系统仿真平台,允许系统仿真工程师虚拟评估和优化机电一体化系统的性能。它将会提高从早期的开发阶段至最终的性能验证和控制校准为止的整体系统工程生产效率。Simcenter Amesim 结合了现成可用的多物理场库以及由强大的平台功能支持且面向应用程序和特定行业的解决方案,让您能够快速创建模型并准确执行分析。这种开放环境可轻松集成主要计算机辅助工程 (CAE)、计算机辅助设计 (CAD) 和控制软件包。

    Simcenter Amesim是具备多学科领域系统级建模、仿真和动态性能分析的图形化平台,实现机械、电气、液压、气动、热、控制等多种物理领域系统工程的建模和仿真,不同领域的模块之间可以直接进行物理连接。

    Simcenter Amesim包含控制信号库、机械库、液压系统库、液压元件设计库、液阻库、离散分割库、注油库、热库、热液压库、热液压元件设计库、气动库、气动元件设计库、混合气体库、两相流库、空调库、三维换热器总成库、基本电子与电力电子库、电机库、电磁库、平面机械库、三维机械库、传动动力库、航空电气库、航空燃油库、航天航空库、汽轮机库等等不少于45个库,并且所有库之间均可相互调用,统一求解。

 

 

1)控制系统建模

    具备控制方面建模的应用库。该库可以用于建立线性、非线性、时间连续、时间离散、条件运行、复合信号以及混合控制系统的模型。并支持标量信号、矢量信号以及数值运算、逻辑运算。

    Amesim包含一个强大的信号与控制库,其中具有连续或离散传递函数、信号、数学函数等控制系统建模所需要的元件模型,基于该库可以对各类控制系统和控制算法进行建模。另一种方式是可以通过Matlab/Simulink对算法和控制律进行建模,通过AmesimSimulink的无缝接口,可以将Simulink模型集成到Amesim中。

    如果用户已经具有现成的基于Matlab/Simulink实现的控制系统模型,则可以通过AmesimSimulink的无缝接口,将Simulink模型直接集成到Amesim中。Amesim具有与Matlab/Simulink的集成接口,可以通过多种方式与Simulink控制模型实现集成,包括:

    Amesim模型整体输出到Simulink,作为SimulinkS-Function

    Simulink模型整体输出到Amesim,作为Amesim的子模型

    AmesimSimulink共仿真,即AmesimSimulink模型同时运行并双向交换数据

    综上所述,Imagine.Lab Amesim所提供的相关专业应用库能方便地建立电、控、机械、电子、电磁、热等多种学科领域的系统模型,分析控制、电、机械伺服系统的静动态、时频域特性,是机电系统的电、控学科和子系统建模的理想平台。

2)机械系统建模

    具备机械方面应用库可以独立地用于机械系统建模。

    具备解决机械系统模型中的数字刚度问题,非线性的特性以及间断点(静/动摩擦,机械间隙间的反冲,摩擦迟滞,离合器缓冲,终端撞击)。

    具备经常使用到的机械传动的模型,包括杠杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、曲柄连杆机构、滑轮机构等。

    具备与其它专业分析模块的联合建模,可包括:发动机、电动系统,驱动器,马达,齿轮传动机构等等,可进行多学科领域之间的直接耦合分析,全面的分析所设计的系统及其合理性。

    Amesim提供机械建模专业库,该库中包含用于构建一维平动和转动机械系统的元件模块。该库可以考虑机械系统模型中的数字刚度问题, 非线性的特性以及间断点(静/动摩擦, 机械间隙间的反冲, 摩擦迟滞, 离合器缓冲, 终端撞击)。该库必须具备液压元件中经常使用到的机械传动的模型, 包括杠杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、曲柄连杆机构、滑轮机构等。该库包含在标准的Amesim软件包。可以独立地用于完整的一维机械系统建模。

    平面机构库包含用于构建二维平动和转动机械系统的元件模块。因为大部分机械系统是平面机构,该库完全是专用于这类系统的研究。更进一步来说,通过对称性分析,大多数空间机构可以简化成为平面机构来分析。采用该库主要是借助Amesim强大完整的应用库来考虑多学科领域之间的直接耦合,包括液压,气动,电磁以及电动系统(例如驱动器, 泵, 马达, 曲柄连杆, 滑阀…) 所有这些都和Simcenter Amesim的平面机构库相互兼容。

    三维多体库包含用于构建三维空间运动的机械元件模块,通过用户定义约束条件来确定空间初始位置。在草绘模式下,可以在3D animation界面中导入三维CAD模型。这个库有柔性体导入工具,这样可以用考虑柔性体的影响,而且跟Amesim中其他库中的元件也是兼容的。

3)电子电气系统建模

    具备基本电气元件模型和电力电子相关模型,包括逆变器、整流器、矢量控制等电力电子转换、控制及调节模型。

    具备分析电气元件本身和电气控制回路网络特性功能。且能够分析直流与交流的转换、逆变器的详细动态特性等功能。

    可以考虑电气元件本身特性,搭建电气控制回路网络。

    关注有效地转换、控制及使用静态手段调节电力,从其有效的输入形态到理想的电气输出形态。

    可以考虑直流与交流的转换,考虑逆变器的详细动态特性等。

    具备可以仿真电力电子器件的功能,包括常用的二极管、三极管、IGBT、MOSFET、晶闸管等。

    可以设置开关器件的导通内阻、导通压降、反向导通压降。并且以上参数可以根据不同温度进行修正。

    Amesim基本电气库为电气系统建模提供所有必需的基本电气元件,包括电源、电阻、电容、电感等,并包含各种类型的连接器。基本电气库中所有的耗能元件均包含热端口,可以考虑电路中的热效应和电热耦合。下图所示为基本电气库中的部分元件示意:

    AMESim电力电子库为电气系统和电机控制回路建模提供能量转换控制的高级变流元件,包括整流器、逆变器、斩波器等,该库的元件可以与基本电气元件和电机驱动库中的电机模型搭配使用,从而构建完整的电机控制回路。

4)电机控制

    具备标准的电机及驱动分析模块,必须含有用于电机控制系统建模和仿真的模块。包括:直流电机、交流电机、同步电机、步进电机、开关磁阻电机、数表电机等等不同种类、多级复杂度的电机特性,即可以考虑电机的功率匹配,还可以考虑电机的物理特性。

    所有电机模型均能够支持仿真电机四象限运行。

    具备分析常用的电机控制策略功能,比如永磁直流控制、永磁同步控制、矢量控制单元、转速控制等。以利于分析电力驱动完整机电系统的功能和特性。

    具备电流环控制的所有功能模块,包括:通过需求扭矩计算控制电流、通过电流调节输出电压、DQ正变换与逆变换。有助于用户建立电力驱动的完整的机电系统仿真模型。

    具备与其它专业库的联合建模,以利于分析电力驱动、机械作动或者液压作动、以及其它机电系统的响应和动态特性,以及与其它相关系统之间的耦合。

    电机特性Map逆向工具:根据电机设计基本参数,如电机功率、转速及转矩设计要求参数,可以逆向出电机外特性Map及效率Map。

    具备自动计算电机全工况效率MAP的功能,可根据一个点的效率自动推算出电机全工况范围下的效率。

    能够通过现有的接口模块直接导入有限元电磁软件输出的数表,如JMAG、Flux、SPEED等,而不是人工创建查表模块。

    能够通过磁共能法计算电机的外特性。

    具备多种电机控制的PWM生成策略,包括:中性点接地、SVPWM等,不少于六种策略供用户参考使用。

    Amesim电机驱动库包含的典型模块包括电节点、直流电压源和电流源、标准或者自定义的三相交流电压源、直流电机、异步电机、带/不带阻尼的同步电机(转子可以是永久性磁铁或者绕圈)等。Amesim电机及驱动库的主要功能和特点是:

    涵盖了所有标准电机类型(直流电机, 异步电机, 同步电机以及用户自定义电机)

    用于基于转子磁通矢量控制异步电机的Park变换和逆变换

    考虑开路电压和内阻特性的电池模型

    从电磁特性或者制造商试验数据提取参数化模型 

    异步电机的矢量控制驱动

    同步电机的磁滞电流控制器

    基于载波的脉宽调制控制

    带有热端口的部件,可以考虑换热对性能的影响

    计算所要求的所有变量(电压、电流、电机坐标、磁通、扭矩、转速、加载状态等)所有变量在仿真计算过程中或者结束都可以访问

 

 典型电机控制系统

 

    下面是一个利用信号控制库搭建的同步电机控制模型的示例:

 

 控制信号库搭建的电机控制算法

    利用电机及驱动库中的元件搭建的空间矢量控制的模型示例如下:

 

伺服系统模型

5)热环境建模

    具备专门的固体材料热交换分析模块,用于处理固体材料之间的热交换,且能够结合其它专业分析模块的热分析功能,全面模拟和分析各系统之间的热耦合问题。

    具备基于瞬态热传递计算理论,采用传导、对流、辐射、散热器等换热方式,以及考虑太阳辐射、空气湿度等因素影响的系统综合分析能力。

    具备能够定义材料相变特性的模型,以进行含相变材料系统更准确研究。

    具备太阳辐射等设置模块,以进行太阳辐射的热集成研究。

    具备隔热层数、隔热材料等分析模块,以进行舱室、系统等整个任务中的热集成研究。

    专门的热液压系统分析模块,具备流体系统发热、传热和温度变化的分析能力。

6)软件具有丰富的第三方接口

    支持CFD、MBS、EM、PIDO及实时控制接口等。

    可以实现与simulink接口共仿真,能够在两个软件同时检测仿真过程,还可以把模型导入或导出到simulink。

    软件模块是经过工程试验验证的,是成熟可靠稳定的。

    具备大量的现有构型模型模板,每个模型模板都有详细的目的、用途、需要关键参数和仿真结果分析的说明。

    用户可以下载到本地,打开查看并修改模型,可以方便快速得到自己构型的模型。

    每个模块都有对应的help文档,文档中可以查看该模块应用场合,各个参数意义,关键参数设置方法,模块对应的数学方程等。

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