AMESim入门例子

Chapter3:入门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3~4小时，但因人而异差别较大。而且，练习是可扩展的，在每一个练习的昀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启动AMESim使用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。要启动AMESim，在合适的窗口，改变成你希望工作的路径，然后打印：AMESim使用Windows:按如下之一操作：•从菜单程序选择AMESim_ImagineAMESim_通过启动按钮产生AMESim，或者：•双击桌面上的AMESim图标，或者：•在MSDOS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。图3.1显示的是AMESima主显示器。Figure3.1:AMESim主界面本显示器是空的，因没有打开或创建模型。要搭建一个系统，必须创建一个新空模型。然后才能在计算机上设计草图，存储系统。Figure3.2:创建新的空模型3.2创建新草图3.2.1打开一个空系统要创建新草图，按如下之一即可：•点击打开空系统图标:出现如图3.2所示的窗口。•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：Figure3.3:你可以选择新系统的类型然后只有点击OK按钮才能得到如图3.2所示的窗口。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上（开）锁按钮上（开）锁按钮在模式操作工具栏里，用于上锁和开锁。当你打开一个空系统时，它是开锁状态。然后你可以搭建系统草图。如果打开一个已有系统，通过点击这个按钮可以使它开锁，以便能够修改系统。上开锁按钮是一个安全装置，放置你由于偶然因素改变系统，如果你不能修改系统，系统很可能处于锁定状态，当这个按钮处于上锁状态时，你不能修改系统草图。3.2.3库/类库类库属于库，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。lFigure3.4:机械类库如果还有可选库，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例子。3.3例1：弹簧质量系统的仿真目的：•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。Figure3.5:弹簧质量模型3.3.1搭建弹簧质量模型第一步：选择，旋转和镜像一个图标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地元件。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。你也可以打印：•Ctrl+R来旋转元件。•Ctrl+M来镜像元件。4.按2步显示的姿态方位放置质量。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。注：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。现在，你将学习如何从草图删除元件。第2步：从草图删除元件1.通过点击选择质量块。那个质量块被选择了。2.按下Del键删除选择的元件。3.点击Yes。第3步：搭建草图1.再将质量添加到显示屏。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，可以按如下键：•Del,•Backspace或者•Escape.元件被删除了，又显示出类库来。元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。Figure3.6:要被连接的端口此时单端口的质量块处于正常颜色，而弹簧以它的反色。Figure3.7:元件的外观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。注：零速源固定了被连接端口的位置。•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。第4步：添加，旋转和删除文本添加文本：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将变成空格。3.输入“Mass-SpringSystem”。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。要旋转文本：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。Figure3.8:旋转文本要删除文本：选择要删除的文本，按如下操作：•敲Del键，或者•点击鼠标右键，在下拉菜单中选择Cut项，或者•同时按下Ctrl+X,或者•选择编辑Edit_Cut。注：文本是不允许镜像！若没能成功旋转文本，可能是由于这导致了叠加覆盖。要在显示屏内移动文本：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。注：AMESim不允许覆盖任何目标，一个目标可以是一个元件，一条线断，或一个字符串。现在，系统是建完了，可以进入下一阶段。进入下一步之前，把草图存储下来，是个很好的习惯。按如下步骤存储系统文件：第1步：保存模型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.注：名字字母和数字的组合，不能带空格。3.点击存贮按钮Save。Figure3.9:保存为浏览器3.3.2给元件分配子模型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。第1步：进入子模型模式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。Figure3.10:没有关联子模型的元件在AMESim内，一个元件可能有多个子模型与它关联，对于单端口质量块，只有一个子模型可用，所以被自动关联。其它元件，有多个子模型可供选择，可以手工匹配。作为选配，我们让AMESim选择昀简单的模型。这就是首选子模型功能的目的，将在本例中使用。第2步：使用首选子模型功能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。第3步：显示/消隐元件标注1.在草图上点击鼠标右键。出现标注菜单：Figure3.11:标注菜单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。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。Figure3.12:元件的标注还剩三个阶段：•AMESim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设置参数第1步：进入参数模式1.在水平工具栏点击参数模式按钮。AMESim对系统执行各种检查并生成可执行码，系统编译窗口会给出一些技术信息，说明完成仿真必须解的方程，见图3.13。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。Figure3.13:系统编译窗口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—被称为立即数。这种简化适合辨别同一个子模型的不同表现。Figure3.14:子模型中的立即数大多数AMESim子模型有一组参数与之关联，然而单端口质量块子模型用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。第2步：改变参数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，关闭对话框。Figure3.15:改变参数对话框第3步：定义状态变量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。注：零速度源没有参数可改变，因此产生一个空对话框。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1m/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.确定端口1的速度值是高亮的（Makesurethevalueofvelocityatport1ishighlighted(即它变成突出的黑色))。4.输入1。5.敲Enter键。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。Figure3.16:改变速度值注：你可以按相应的按键装载昀小值，默认值或昀大值，昀小昀大值只是指导性的，你可以设置超出这个范围的值。3.3.4运行仿真第1步：进入运行模式1.点击运行模式按钮。显示窗变成如下所示：Figure3.17:运行模式第2步：检查设置运行参数1.点击运行参数按钮。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，你可以改变，和一组制表符组成。默认值被设置成昀常用的值。Figure3.18:运行参数对话框你可以把昀终时间换成1.0s，通讯间隔换成0.01s：2.双击昀终时间值。3.敲入1.0。4.双击通讯间隔值。5.敲0.01.6.敲输入键（Enter）。7.点击OK按钮后你的更改生效。现在，运行参数设置好了，按下面步骤可以开始仿真了:第3步:开始仿真点击开始运行按钮，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绘制曲线图第1步：绘制元件的变量图1.点击单端口质量块。变量列表对话框如图3.19所示：Figure3.19:变量列表对话框显示窗的主要部分是描述变量的标题，单位和昀终值。2.选择端口1的速度（velocity）。