本教材應用MATLAB(采用編程、Simulink、SimHydraulics三種建模方法)和AMESim兩個仿真軟件建立液壓元件、典型回路和系統(tǒng)的仿真模型,分析和比較仿真結果以驗證液壓基本理論,并結合實踐以加深對不同仿真建模方法之間細微差異的了解,幫助讀者根據(jù)具體情況選擇仿真工具。另外,本教材最后還給出了MATLAB、AMESim與Python、dSPACE等軟件聯(lián)合仿真的一些實例,進行了一些知識擴展。
本教材是新形態(tài)教材,對于正文中出現(xiàn)的復雜液壓元件,編者分別制作了其模型的拆裝動畫,以二維碼的形式插在書中相應位置。讀者可以使用手機微信掃描二維碼查看動畫,以便觀察其內部結構并理解其工作原理。
本教材主要作為普通高等院校機械類專業(yè)本科生用于學習液壓技術、知識的輔助書籍,也可作為獨立使用的教材,或者作為有實踐經驗的相關領域工程技術人員的參考書。
將來的教材采用形式也許多種多樣,其內容和形式一定有別于現(xiàn)在,只有這樣才能夠適應當今新技術、新方法和新工具日新月異的發(fā)展速度。同時,現(xiàn)在教師和學生時時刻刻都處于充滿電子信息交互設備的環(huán)境現(xiàn)狀。因此編寫本教材,以改變那種一本教材、老師講學生聽的傳統(tǒng)授課方式,力圖提高學生的學習興趣和學習效果。
也許很多教師要問:“每個人的時間和精力是有限的,是教授學生這些最新技術為主?還是教授他們基本理論知識為主?”如果應用恰當,把計算機輔助學習融合到課程之中,則計算機仿真求解與基本理論學習是能夠互補的。計算機仿真結果可以闡明理論,并幫助學生以各種富有意義的方式思考、分析和推理,同時也能夠幫助學生理解新的信息和現(xiàn)有知識之間的關系,以及培養(yǎng)他們解決問題和積極主動思考的能力。
另外,5G時代已經到來,人工智能、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生、智能制造、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)和云計算等新技術越來越廣泛地運用到生產制造業(yè)當中,而數(shù)字信息化是這些新技術的顯著特點之一。實際物理對象是新技術的應用對象(被控對象),而新技術的應用效果很大程度上取決于應用者對實際物理對象的理解深度及數(shù)字信息化程度。行業(yè)專業(yè)軟件可以說就是將實際物理對象進行數(shù)字化的工具,掌握和使用行業(yè)專業(yè)軟件也成為新一輪科技和產業(yè)變革時代自主創(chuàng)新和實現(xiàn)超越的基本要求。
本教材主要針對機械類專業(yè)本科生學習液壓技術、知識而編寫的一本輔助書籍,也可作為一本獨立使用的教材,或者作為有實踐經驗的相關領域工程技術人員的參考書。本教材采用MATLAB和AMESim仿真軟件,通過建立液壓元件、回路和系統(tǒng)的仿真模型,分析和比較仿真結果以驗證液壓基本理論。同時,結合實踐加深對MATLAB、AMESim軟件建模仿真細微差異的了解,有助于讀者在日后學習和工作中根據(jù)具體情況選擇仿真工具。本教材的特色為結合應用案例由淺入深,配以較多的圖例,并輔以敘述討論。
MATLAB和AMESim這兩個軟件每年都會推出新版本,教材中有些仿真截圖可能與軟件最新版本略有不同,好在核心算法是基本一致的。
本教材由太原科技大學孔屹剛教授擔任主編。其中,第1、2、7、8、9章由孔屹剛教授編寫,第6章由太原科技大學魏聰梅副教授編寫,第3章由中國鐵路太原局集團有限公司侯馬北機務段蘇俊飛工程師編寫,第4章由新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團)有限公司王勇工程師編寫,第5章由江蘇徐州工程機械研究院有限公司劉少龍工程師編寫,8.2節(jié)取材于孔屹剛項目團隊成員李鵬完成的碩士學位論文。第3、4、5、6章中液壓元件三維建模、動畫演示實現(xiàn)由魏聰梅副教授完成。在教材撰寫過程中,團隊成員翟宏建、王超對本教材所附計算機仿真模型進行了一一驗證,任明遠、李兆鵬、騰悅完成了半物理仿真實驗驗證,本科生李拓、田潤發(fā)在液壓元件三維建模、拆裝視頻制作方面提供很多技術幫助,在此向他們表示感謝!
上海交通大學王志新教授主審本教材,提出了許多寶貴意見和建議,在此表示衷心的感謝!
教材撰寫和出版得到山西省“1331工程”、山西省精品共享課程(山西省高校虛擬仿真實驗教學項目No.校2019114-2)的全方位大力支持,全體編者借此機會向山西省省委、省政府等相關主管部門表示衷心的感謝!
限于編者水平,教材中不妥之處在所難免,懇請讀者批評指正!
最后以愛爾蘭詩人葉芝的名言“教育不是注滿一桶水,而是點燃一把火”表達編者們撰寫此教材的初衷和愿景!
編 者
目 錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 何為液壓計算機仿真技術 1
1.2 為何要對液壓系統(tǒng)進行仿真 2
1.3 如何對液壓系統(tǒng)進行仿真 4
1.4 其他常用液壓仿真工具 6
習題 9
第2章 MATLAB、AMESim軟件液壓仿真環(huán)境 10
2.1 MATLAB仿真環(huán)境 10
2.2 MATLAB/Simulink仿真環(huán)境 13
2.3 MATLAB/SimHydraulics仿真環(huán)境 16
2.4 AMESim仿真環(huán)境 19
習題 22
第3章 液壓泵建模仿真 23
3.1 定量泵 23
3.2 變量泵 28
習題 35
第4章 液壓閥建模仿真 36
4.1 單向閥 36
4.2 溢流閥 44
4.3 減壓閥 47
4.4 調速閥 56
4.5 比例換向閥 63
習題 73
第5章 液壓執(zhí)行元件建模仿真 74
5.1 單作用液壓缸 74
5.2 雙作用液壓缸 84
5.3 定量馬達 91
5.4 變量馬達 100
習題 111
第6章 液壓輔件建模仿真 112
6.1 蓄能器 112
6.2 管路 120
習題 124
第7章 典型液壓回路建模仿真 125
7.1 調速回路 125
7.2 減壓回路 130
7.3 增壓回路 134
7.4 卸荷回路 138
7.5 保壓回路 143
7.6 平衡回路 150
習題 156
第8章 液壓控制系統(tǒng)建模
仿真 157
8.1 風力機電液比例變槳距控制
系統(tǒng)穩(wěn)定性MATLAB仿真 157
8.2 采煤機液壓控制系統(tǒng)效率SimHydraulics仿真 164
8.3 電液速度控制系統(tǒng)設計
Simulink仿真 176
8.4 電液位置伺服系統(tǒng)AMESim仿真 181
第9章 液壓聯(lián)合仿真技術 186
9.1 MATLAB/Simulink與AMESim
聯(lián)合仿真 186
9.2 Python與AMESim聯(lián)合仿真 197
9.3 MATLAB/Simulink與dSPACE
半物理仿真 201
參考文獻 210