1、AMESIM中文教程第3章初级实例AMESIM 中文教程-第3章 初级实例Chapter 3: 本章你将作三个练习，使用AMESim主要功能搭建工程系统，分析它们的动态特性。通常大约需要34小时，但因人而异差别较大。而且，练习是可扩展的，在每一个练习的最后都有可供进一步研究的可选建议。 做完这些练习后，你应该能够使用标准AMESim元件和子模型进行简单的仿真。我们建议你要立即或读完之后不久作这些练习。 3.1 AMESim Unix: 请教系统管理员，请他给你演示如何设置工作环境以便进入AMESim i在合适的窗口，改变成你希望工作的路径，然后打印：AMESim Windows: 按如下之一操
2、作： 从菜单程序选择AMESim_ Imagine AMESim _ 通过启动按钮产生AMESim，或者： 双击桌面上的AMESim 图标，或者： 在MS DOS 命令窗打印AMESim。 你可以配置窗口，以便从Windows 资源管理器双击系统文件（.ame 文件）就可以自动启动AMESim请参考安装注解中的设置程序。 3.2 3.2.1 点击打开空系统图标 : 同时按下Ctrl+N，或者 在下拉菜单中选择File _ New 出现如下所示窗口： Figure 3.3: 然后只有点击OK 按钮。进行仿真的第一阶段就是搭建你要研究的系统， 通过挑选并把各个元件放置在合适位置即可搭建系统。进一步
3、学习之前，我们要介绍一些AMESim 工具栏的按钮，要想了解更多工具栏知识，请参考26页“工具栏”一节。 3.2.2 3.2.3 / 类库属于库，它们被表示为按钮的集合，在显示器左侧工具栏垂直向下。如果你把鼠标移动到他们上，会显示一个标注，给出每一个类库的标题。一个类库是特定元件图标的集合，是这些元件的数学模型（参见元件子模型），每一个库包含一个或多个类库。 标准AMESim库提供2个类库： 机械的 信号，控制和观测器的 点击机械类库按钮产生一个如图3.4的新窗口。l Figure 3.4: 如果还有可选库，例如液压或气动库，这些将包含在垂直工具栏里的其它类库里。 现在你就已经就绪了开始第一个
4、例子。 3.3 1 浏览创建一个模型的全过程。 给草图添加文本。 使用重复显示功能。 图 3.5 示出了你将仿真的系统，选择这样一个简单系统，是由于大家都很熟悉。 所有你需要的元件都在绿色的机械类库里。 Figure 3.5: 3.3.1 1. 点击机械类库按钮打开它。 通常该类库中的元件都是绿色的。 2. 点击单端口的质量元件。 注：当你在显示屏移动指针时，指针会以你选择质量块的形状。你可以以不同方位移动选好的元件。 3. 尝试点击鼠标中键和右键。中键旋转图标，右键使图标镜像或沿垂直轴翻转，这可给出8种不同方位的元件。 Ctrl+R 旋转元件。 Ctrl+M 4. 按2步显示的姿态方位放置质
5、量。 5. 将指针放在质量图标的中心，点击鼠标左键，质量将以反色显示。 AMESim还允许使用拖拉释放原理给草图添加元件，然而这项技术并不方便，旋转操作更困难，我们推荐使用点击方法，而不用拖拉方式。 3 1. 2. 点击线性弹簧。 3. 通过同时按下Ctrl+R旋转它。 4. 将它的一端定位到接近质量块的位置。 5. 点击鼠标左键。 弹簧与质量块应该连接上了，若未连上，弹簧与质量块的定位不准。通过下述方法可以解决： 1. 选择弹簧。 2. 移动它到恰好位置。 3. 再点击鼠标左键。 如果你选错了元件，可以按： Del, Backspace 或者 Escape. 元件被删除了，又显示出类库来。元
6、件被连在一起的点称为端口，质量块有一个端口而弹簧有两个端口。两个端口出现的绿色方块表示准备连接的端口。 Figure 3.6: 此时单端口的质量块处于正常颜色，而弹簧以它的反色。 Figure 3.7: 原因是弹簧的一个端口还没有联接，AMESim这样加强是提醒你草图还没有完成。 6. 添加一个2-端口质量块，另一个弹簧和一个零速度源来完成草图（见图3.5）。 你的草图就完成了，下面将添加一些文本。 单双端口质量块都有一个箭头，这样元件都按同一个方向添加到草图上。随后将解释这样做的原因。 4 1. 从水平工具栏点击文本按钮 光标变成一个字母A。 2. 在想要添加文本的地方点击草图。字母A将变成
7、空格。 3. 打印“Mass-Spring System草图上会出现下述区域： 4. 点击区域外任意地方退出文本编辑模式。 选择文本，然后点击鼠标中键或者使用Ctrl+R 键。 另一种方式为点击鼠标右键，选择旋转选择菜单。 你可以有两种可能的方位把文本放置到草图上。 选择要删除的文本， 敲Del 若没能成功旋转文本，可能是由于这导致了叠加覆盖。 1. 点击文本选定它。 2. 拖拉文本到新区域。 或者 1. 双击文本，光标变成选定的文本。 2. 点击你要放置文本的区域。 AMESim 不允许覆盖任何目标，一个目标可以是一个元件，一条线段，或一个字符串。 现在，系统是建完了，可以进入下一阶段。进入
8、下一步之前，把草图存储下来 1 1. 选择文件File _ Save 出现一个保存对话框，你可以确定一个路径，给系统命名。 2. 输入文件名：MassSpring. 3. 点击存贮按钮Save。 3.3.2 系统中每一个元件都必须与一个数学模型相关联，数学模型是数学方程的集合和一段计算机码的可执行文件。 AMESim 的术语是把系统元件的数学模型描述为子模型，术语模型被保留为完整系统的数学模型。 AMESim 包含一个大子模型集合。只要合适，子模型与元件是自动关联的。 1 1. 从水平工具栏点击子模型模式按钮。 显示屏将变成图3.10的样子。 注意到单端口质量块具有正常样子，而两个弹簧，双端口
9、质量块和零速源都取它们的反色。这是由于只有单端口质量块有子模型与它关联，其它元件必须指定子模型。 Figure 3.10: 在AMESimAMESim 。这就是首选子模型功能的目的，将在本例中使用。 2 1. 从水平工具栏点击首选子模型按钮 。 这时，所有元件都有正常的图标，表示它们都有子模型。在列表中，选择每一个元件的第一个子模型。为了检查匹配给元件的子模型名字，我们将在草图上把它们显示出来。 3 / 1. 在草图上点击鼠标右键。 出现标注菜单： Figure 3.11: 2. 选择显示元件标注子菜单 给每一个元件选择的子模型，以标注形式显示出来。 3. 选择消隐元件标注子菜单 标注消失了。
10、 在当前例子使用这一功能造成如图3.12所示。 子模型有短名字例如MAS001 ，是与单端口质量块相关联的子模型。 在这个阶段，这些名字对你没什么意义，但随着你变得越来越有经验，这些信息会越来越重要。 Figure 3.12: 还剩三个阶段： AMESim m必须为系统生成可执行码。 必须设置各种参数。 必须执行运行。 3.3.3 1 1. 在水平工具栏点击 参数模式按钮。 AMESim3.13。 本例有： 由微分方程定义的4个变量，即状态变量，和 由隐含代数方程定义的非变量。 Figure 3.13: 2. 点击关闭按钮 窗口变成图3.14所示，标注被修改成: 子模型后面添加了数字被称为立即
11、数。这种简化适合辨别同一个子模型的不同表现。 Figure 3.14: 大多数AMESim kg确定质量，弹簧用刚度确定。当AMESim 用子模型与元件关联时，这些参数被设置为合理的默认值，现在你必须把这些参数设置成真实值。 现在，你可以检查当前的参数设置并改变部分值。 2 1. 选择单端口质量块 改变参数对话框如图3.15所示。单端口质量块的子模型是MAS001是一个简单模型，它包括两个状态变量，即端口1上的速度和位移。显示窗的主要部分是描述参数的标题，单位和当前值的列表。 如果你要改变参数当前值，可以： 1. 双击这个值。 2. 输入一个新值。 3. 按Enter 键。 4. 点击OK钮，
12、关闭对话框。 Figure 3.15: 3 状态变量由微分方程确定，在子模型内，还定义了这些状态变量的导数。将对如下形式的方程编码： dx/ dt ,. dv/ dt,. 每一个状态变量都要给出初始值或启动值。 在我们这个例子中，我们必须给出时间t为0时的速度值v，和位移值 x。 在本模式下，质量块有两个状态变量，请回想一下完全模式有4个状态变量（见图3.13 ）。 1. 按顺序点击每一个元件观察它们的参数。 2. 返回到单端口质量块MAS001。 为得到更有趣的结果，我们将把速度初始值设置为1 m/s 注意对话框内有两列可编辑项，左侧一列用于改变变量名，右侧一列用于改变变量值。 3. 确定端
13、口1的速度值是高亮的（Make sure the value of velocity at port 1 is highlighted），即它变成突出的黑色。 4. 输入1。 5. 敲Enter 只要必要，你也能给其它参数输入新值。 6. 点击OK 按钮。 结果如图3.16所示。 Figure 3.16 : 3.3.4 1 1. 点击运行模式按钮 。 显示窗变成如下所示： Figure 3.17: 2 1. 点击设置运行参数按钮 。 运行参数对话框如图3.18所示。 这允许你改变运行特性，显示窗由不同的数值（你可以双击值改变）和一组制表符组成。默认值被设置成最常用的值。 Figure 3.18
14、: 运行参数对话框 你可以把最终时间换成1.0 s，通讯间隔换成0.01 s： 现在，运行参数设置好了，按下面步骤可以开始仿真了 3: 点击开始运行按钮 ，启动运行。 本例运行很快结束，我们可以立即绘制结果图。 3.3.5 1 1. 点击单端口质量块。 变量列表对话框如图3.19所示： Figure 3.19: 显示窗的主要部分是描述变量的标题，单位和最终值。 2. 选择端口1 的速度（velocity）。 3. 在草图上拖拉并释放它或者点击绘图按钮（Plot）。 窗口显示如下： Figure 3.20: 1 4. 点击双端口质量块。 5. 点击端口1的速度。 6. 在包含第一个图(AMEPl
15、ot - 1)的窗口内拖拉并释放它。 图表更新成如下所示： Figure 3.21: 请注意图形窗口的菜单：File, Edit, View, Tools, Windows, Help. 大部分菜单项是带子说明的，少数例外将在后边例子中介绍。 AMESim Figure 3.22 : 7. 返回到图形窗口。 8. 选择工具菜单的下拉菜单： Figure 3.23: 9. 选择添加标题。 在曲线上放置变量的标题。 2 1. 用鼠标右键点击其中一个标题。 2. 使用菜单改变字体类型，大小和颜色。 你也可以用左键拾取标题，给它重新定位。 3 1. 点击标题。 2. 第二次点击被选择的文本。 3. 在
16、文本区域打印新文本。 4 1. 选择文件下拉菜单中打印项（File _ Print Figure 3.24: Windows 将显示下述对话框或类似的： Figure 3.25: 点击OK按钮。 UNIX 显示如下对话框： Figure 3.26: 点击OK按钮。 打印机应该对显示窗进行硬拷贝，若非如此，请与当地的系统管理员联系，打印机或网络可能存在问题。 另一种选择是你可以创建一个图形文件。 另外一种观察结果的方式是使用重放功能（Replay）。 3.3.6 重放功能允许在草图上显示变量的变化过程，随后你可以对仿真过程所发生的事情进行可视化。 1. 点击重放功能。 出现一个重放对话框，有一组
17、按钮，像收录机按键一样。 Figure 3.27: 2. 把单位从N变成 m/s. 3. 点击选项按钮Options：对话框展开成如下额外选项： Figure 3.28: 4. 点击符号按钮（Symbols）：对话框再一次展开，你可以把数字符号变成箭头符号，如下所示： Figure 3.29: 5. 点击选项按钮（ Options b），减小重放对话框的尺寸，点击重建选项按钮，把更改考虑进来。 6. 点击播放按钮（ Play ） 。 7. 观察效果。 Figure 3.30: 8. 点击其它按钮看看还有什么发生。 9. 关闭重放对话框。 3.3.7 AMESim 1 1. 选择文件菜单下存储命
18、令（File _ Save）存储你的系统。 2. 选择文件菜单下关闭命令（File _ Save）关闭文件。 如果在保存系统前选择了关闭命令，AMESim Save system? 对话框问你保存系统否？点击Yes。 要在任意阶段保存系统，你可以选择如下任何一种方式： 选择存贮命令，或者 键入 Ctrl+S 2 1. 选择文件菜单下的打开命令（File _ Open ） 显示一个文件浏览器。 2. 双击你的系统名。 当系统打开时： 3. 删除两个弹簧，用两个弹簧阻尼器代替它们。 4. 右击文本。 5. 在下拉菜单中选择编辑命令（Edit 6. 把标题改成质量弹簧阻尼系统。 Figure 3.3
19、1: 3AMESim 1. 选择下拉菜单的退出命令（ File _ Quit 如果你想要开始下一个练习，请点击按钮 。 3.4 2: 是用线连接搭建更复杂的系统。 移动一个连有线段的元件，线段没有分叉线。 在草图上放置标注。 参数，变量和子模型之间的转换。 使用外部变量功能。 使用绘图管理器 (Zoom). 使用连续运行。 Figure 3.32: 1/4 这个练习你将搭建如图3.32的系统。部分元件取自信号库（红色），部分元件取自机械库（绿色）。这是汽车悬挂系统模型，我们要仿真汽车过台阶时轮子和车体的位移。另外重要一点是使用了线段，它由与屏幕边缘并行的线段组成，注意我们本该把道路形状直接与一
20、个机械元件连接，但是可能用线断连接更好。 开始一个新系统 ，用图3.33所示元件搭建系统。任意时刻都可以保存模型，首次操作会要求你给出一个名字。 Figure 3.33: 注意本系统包含如下属类的元件： 信号任务循环 到物理单元的信号。 在上图中，这些元件是以反色显示，因为它们还没有被连接。 把信号模型与机械源连接起来要小心。如下是第一节解释过的步骤。 3.4.1 1: A line run 1. 将鼠标光标靠近端口但不要放在源元件的像标内。 2. 点击左键 指针变成十字，当移动指针时，线段跟着指针走，线段要么是水平要么是垂直的。 3. 要改变连线的方向，点击左键。 4. 要与目标元件的端口相
21、连，将指针接近这个端口。 5. 点击左键。 如果对当前系统模型实施如上操作，回路将如图3.34所示。 Figure 3.34: 点击鼠标右键删除最后线段。 若可能点击鼠标左键连接接近的端口。 已经成功地添加了一条连线，我们也看到了如何将它删除！ 2 1. 通过点击它来选中它。 2. 敲Del. 现在再把它放回去，给出一个完整的系统如图3.35所示。 3 有时元件可能连错了， 或者看上去不好看。 那么，部分重建系统就是值得的： 1. 选择阶跃图标，把它向左移动一小段距离，如图3.35所示。 注意线条是如何保持连接状态的，它会跟着阶跃图标的： Figure 3.35: 现在你可以进入下一阶段了。
22、3.4.2 在任何模式下都可以显示子模型标注，在草图和子模型模式下，标注是子模型标题；在参数模式和运行模式下，立即数也显示出来。 Step 1: 1. 从水平工具栏里点击子模型按钮 。 显示窗变成如图3.36所示的模型样子。 注意零力和阶跃图标保持正常样子，这表明它们与子模型是关联的。而其它元件不是正常状态，因为它们没有子模型与之关联。 Figure 3.36: 2. 点击首选子模型按钮 。 子模型被设置成保留了元件和线条。 2/ 1. 敲鼠标右键。 出现一个菜单标注。 2. 选择显示元件标注和线条标注。 3. 要想使显示得当，你可以右击菜单旋转标注。 4. 请看图3.37所示结果。 在这个阶
23、段，子模型名称对你并不重要，但随着经验积累，这些信息可能会更加重要。 在这个例子中，用首选子模型按钮选择子模型。子模型的合并是最简单的事。 The combination of submodels is the simplest one. 直接子模型是直接连接的快捷方式，这是非常通用的子模型，实际上根本不用作任何事情，考虑为设计方便，它没有参数和变量，好像两个实体直接连接在一起。在连接机械库和信号控制和观测器库的两个元件时总是使用直接模型。 Figure 3.37: 在其它类库诸如液压和气动库，可能要使用其它（不同于直接子模型）线型子模型。这些管路子模 型更复杂，因为它们有参数和变量，目的是根
24、据它们连接的元件从压力计算流量，或从流量计算压力。请看如下实例： Figure 3.38: 1. 选择菜单中消隐元件标注和线型标注项消隐标注。 最后请看图3.39，上下两个子系统功能上完全相同，但是上边那个子系统只用了较少的线条。.通常来说必要时，才用线来连接，这样草图整洁，避免了坏连接。 有两种情况必须要连线： 一种是如图3.38所示，需要线型子模型。 另一种是物理意义的需要，不留间隙地把所要连接的端口都连起来。 你把这些间隙用线连起来并使用直接模型。 Figure 3.39: 3.4.3 1. 点击参数模式按钮 。 2. 保存系统为四分之一车（QuarterCar）。 3. 见图3.41：
25、有5个显式状态变量，没有隐式变量。 Figure 3.40: 4. 当标注结束按钮出现时，关闭窗口。 5. 点击每一个元件察看它们的当前参数。 Figure 3.41: 6. 然后关注上述质量块（图3.41）。 3.4.4 1 1. 点击其中一个参数。 2. 尝试使用最小值，默认值和最大值按钮。 分配给这个参数的值相应改变。 2T Figure 3.42: 选项按钮（Options）为每个参数给出更详细的资料。 1. 在改变参数（Change Parameters）对话框下点击这个按钮，最小值，最大值和默认值以及参数类型分别在几列显示出来。 2. 再次点击选项按钮（Options）。 对话框恢
26、复到原来的形状。 标注为外部变量（External variables）的按钮是用于“使用外部变量功能”的，见86页。 装载（Load）和保存（Save）按钮是用于保存和恢复子模型参数的。当前子模型，只有4个参数要设置。对于其它子模型，有30或更多的参数，保存一组标准参数以便后来调用时很有意义的。 3.4.5 : 1. 选择模型上部的质量块。 2. 右击它。 3. 选择别名（Alias）子菜单。 出现如图3.43 的对话框。 4. 在对话框的输入框里，输入Body Mass。. 5. 点击OK. Figure 3.43: 6. 给另一个质量块起名为Wheel Mass。 列表按钮（ List
27、）即可用了。 7. 点击它得到已有别名的列表。 Figure 3.44: Submodel alias list 从子模型别名对话框中点击重置按钮。 1. 选择模型上部的质量块。 2. 双击位移端口1“displacement port 1”。 3. 打印 “body displacement”. 4. 点击OK. 5. 选择另一个质量块。 6. 双击位移端口1“displacement port 1”。 7. 打印 “wheel displacement”。 8. 点击OK。 1. 进入到运行-？模式。 2. 选择模型上部的质量块。 3. 双击端口1速度“velocity at port 1
28、”。 4. 打印 “body velocity”. 5. 点击OK. 6. 选择另一个质量块。 7. 双击端口1速度“velocity at port 1”。 8. 打印“wheel velocity”。 9. 点击OK. 在研究“外部变量”功能之前，你该设置参数并运行仿真。 3.4.6 在参数模式下。 1. 根据图3.45种元件号设置下列参数 Submodel Number Title Value on sketch if any MAS002 1 masskg 400 inclination degree -90 SPR000A 2 spring rate N/m 15000 MAS002
29、 3 mass kg 50 inclination degree -90 SPR000A 4 spring rate N/m 200000 STEP0 value after step null 0.1 step time s 1 其它元件保持它们的默认值。 Figure 3.45: 2. 点击运行模式按钮（Run mode）。 3. 在运行参数对话框里，设置最终时间为5 s ，通讯间隔为0.002s。 Figure 3.46: 4. 点击开始运行按钮（Start run） 。 5. 点击质量块元件产生如图3.47所示对话框。 Figure 3.47: Port numbers 上图给出了与质
30、量块子模型关联的变量列表，这些变量是可以绘图的。紧邻变量名的是其最新值，临近底端，给出了运行时间，你可以选择一些变量绘图，而且可以给他们起别名。 3.4.7 1. 从变量列表对话框中点击外部变量按钮（External variables ），出现如图3.48所示的对话框。 这个元件有个端口，并与名字为MAS002.的子模型相关联。 子模型MAS002 和其它AMESim 子模型要计算一定量，AMESim MAS002需要其它外部变量的值，这些变量又要通过其它子模型来计算。由MAS002 计算的外部变量是它的输出，那些需要用其它子模型计算的外部变量是它的输入。如端口，有个输出单位分别为m, m/s 和 ，和个输入单位为N。 m/s/sFigure 3.48: 2. 将光标移到每一个箭头
