液壓與氣動仿真

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液壓技術(shù)論文——液壓與氣動仿真 
 
    1  概述
    從一般意義上講,，系統(tǒng)仿真可以理解為對一個已經(jīng)存在或尚不存在但正在開發(fā)的系統(tǒng)進行系統(tǒng)特性研究的綜合科學(xué),。對于實際系統(tǒng)不存在或已經(jīng)存在但無法在現(xiàn)有系統(tǒng)上直接進行研究的情況，只能設(shè)法構(gòu)造既能反映系統(tǒng)特征又能符合系統(tǒng)研究要求的系統(tǒng)模型,，并在該系統(tǒng)模型上進行所關(guān)心的問題研究,，揭示已有系統(tǒng)和未來系統(tǒng)的內(nèi)在特性、運行規(guī)律,、分系統(tǒng)之間的關(guān)系并預(yù)測未來,。
   系統(tǒng)仿真是以建模理論、計算方法,、評估理論為基本理論,，以計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、圖形圖像技術(shù),、多媒體技術(shù)、軟件工程,、信息處理,、自動控制及系統(tǒng)工程等相關(guān)技術(shù)為支撐的綜合性交*科學(xué)。
仿真技術(shù)的應(yīng)用一般是以仿真系統(tǒng)的形式來體現(xiàn)的,。
    2  仿真技術(shù)的發(fā)展
    仿真技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,，從研究簡單系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)成為人們研究復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，大致經(jīng)歷了三個階段     1)發(fā)展階段  二次大戰(zhàn)末期,，火炮控制與飛行控制動力學(xué)系統(tǒng)的研究促進了仿真技術(shù)的發(fā)展,，20世紀40年代研制成功第一臺通用電子模擬計算機。50年代末期到60年代,，導(dǎo)彈和宇宙飛船的姿態(tài)及軌道動力學(xué)的研究,、仿真技術(shù)在阿波羅登月計劃及核電站的廣泛應(yīng)用、以及50年代末第一臺混合計算機系統(tǒng)用于洲際導(dǎo)彈的仿真,，促進了仿真技術(shù)的發(fā)展,。這是仿真技術(shù)的發(fā)展階段。 
    2)成熟階段  在軍事需求推動下,，70年代中期,，仿真技術(shù)不但在軍事領(lǐng)域迅速發(fā)展，而且擴展到許多領(lǐng)域。在這個時期出現(xiàn)了用于培訓(xùn)民航客機駕駛員和軍用飛機飛行員的飛行訓(xùn)練模擬器和培訓(xùn)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)操作人員的仿真系統(tǒng)等產(chǎn)品,。相繼出現(xiàn)了一些從事仿真設(shè)備和仿真系統(tǒng)生產(chǎn)的專業(yè)化公司,。例如美國的GSE公司、E＆S公司,、ABB公司,、Dynetics公司等，使仿真技術(shù)達到了產(chǎn)業(yè)化階段,。這標志著仿真技術(shù)進入了成熟階段,。
  70年代末，國際政治軍事格局的改變,，為仿真技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了新的機遇,。一方面，隨著世界范圍內(nèi)冷戰(zhàn)狀態(tài)的緩和,，各國政府紛紛把投資重點轉(zhuǎn)向了本國的經(jīng)濟建設(shè),，并開始大規(guī)模地削減常規(guī)軍隊，大規(guī)模的軍事演習(xí)不僅受到政治環(huán)境的約束,，同時也受到經(jīng)濟狀況的制約，與之相矛盾的是現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越強調(diào)部隊聯(lián)合作戰(zhàn)能力的培訓(xùn)以及戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的運用,；另一方面,，現(xiàn)代武器系統(tǒng)裝備越來越復(fù)雜，武器系統(tǒng)研制的費用越來越高,，研制周期越來越長,，培訓(xùn)使用操作人員的時間也越來越長，必須找到研制開發(fā)新武器系統(tǒng)的更加有效的途徑和方法,，形成一個新武器的決策者,、開發(fā)者與使用者協(xié)調(diào)配合、共同參與的武器研制體系,，縮短武器系統(tǒng)研制開發(fā)的周期和成本,，這成為各國軍方都在探索的問題。仿真技術(shù)為解決這些問題提供了一條有效的技術(shù)途徑,。
    同樣,，隨著技術(shù)進步，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備越來越復(fù)雜,，操作水平要求越來越高,，面臨著與武器系統(tǒng)裝備同樣的問題。
    這種技術(shù)需求推動了仿真技術(shù)快速發(fā)展,。 
    3)高級階段  20世紀80年代初以美國國防高級研究計劃局(DARPA)和美國陸軍共同制定和執(zhí)行的SIMNET(SimMlators Network)研究計劃和美國三軍建立先進的半實物仿真試驗室為標志,，標志著仿真技術(shù)發(fā)展到了一個新的高級階段。
    SIMNET計劃是分布交互仿真的初型和開始,。到90年代,，各個部門相繼建設(shè)分布交互仿真系統(tǒng),、并行分布交互仿真系統(tǒng)、聚合級仿真系統(tǒng),。這些仿真系統(tǒng)絕大多數(shù)是針對某領(lǐng)域的具體需求而建立的,，它們之間不能互操作，其應(yīng)用和各組件也不能在新的仿真應(yīng)用和開發(fā)中得到重用,。隨著國防工業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展,，被仿真的系統(tǒng)日益復(fù)雜，規(guī)模越來越大,，若各應(yīng)用部門根據(jù)各自的需要完全從頭開始開發(fā)大型仿真系統(tǒng),，工作效率低，財力人力浪費大,，且模型和仿真結(jié)果的準確性,、可信度難以保證。為了更好的實現(xiàn)信息,、資源共享,，促進仿真系統(tǒng)的互操作和重用，到90年代,，以美國為代表的發(fā)達國家在分布交互仿真,、先進的并行分布交互仿真以及聚合級仿真的基礎(chǔ)上，仿真技術(shù)開始向仿真的高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)發(fā)展,。HLA是促進所有類型仿真之間互操作,、仿真模型組件重用的高級協(xié)議。 
    3  仿真技術(shù)應(yīng)用
    隨著仿真技術(shù)的發(fā)展,，仿真技術(shù)應(yīng)用目的趨于多樣化,、全面化。最初仿真技術(shù)是作為對實際系統(tǒng)進行試驗的輔助工具而應(yīng)用的,，而后又用于訓(xùn)練目的,，現(xiàn)在仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括：系統(tǒng)概念研究、系統(tǒng)的可行性研究,、系統(tǒng)的分析與設(shè)計,、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試與評估,、系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn),、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)的使用與維護等各個方面,。它的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到軍用以及與國民經(jīng)濟相關(guān)的各個重要領(lǐng)域,。 
    3．1  軍事領(lǐng)域
    3．1．1  武器裝備研制  仿真技術(shù)在武器裝備研制過程中，使得在新武器研制計劃開始前，能夠充分利用仿真系統(tǒng)檢驗武器系統(tǒng)的設(shè)計方案和戰(zhàn)術(shù),、技術(shù)性能的合理性,，避免在實際研制過程中出現(xiàn)的方案的不合理現(xiàn)象，縮短研制周期,，并支持技術(shù)評估,、系統(tǒng)更新、樣機研制,，使得能夠以較低的代價提高武器裝備的戰(zhàn)術(shù)性能,。各用戶(包括武器裝備的研制部門、采購部門,、訓(xùn)練部門和軍事使用部門)可在合成環(huán)境中按需要綜合應(yīng)用各種仿真手段進行演習(xí),、訓(xùn)練和試驗，鑒定現(xiàn)有的和研制中的武器裝備的性能,、戰(zhàn)術(shù)部署和后勤保障�,，F(xiàn)在，在武器裝備研制生產(chǎn)過程中,，已規(guī)定將仿真系統(tǒng)列為必需的裝備,。
    3．1．2  軍事訓(xùn)練  分布式仿真系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散在各地的人在回路中的仿真器、計算機生成的兵力以及其他設(shè)備聯(lián)結(jié)為一個整體,，形成一個可以在時間和空間上互相鍋合的虛擬戰(zhàn)場合成環(huán)境,，參與者可以自由地交互作用。這樣,，使過去主要依*野戰(zhàn)演習(xí)完成的任務(wù)可以利用計算機,、仿真器和人工合成的虛擬環(huán)境來進行,。技術(shù)的進一步發(fā)展還將把野外演習(xí)的部隊和這種仿真器聯(lián)系起來進行演習(xí),。利用仿真器產(chǎn)生動態(tài)的、直觀的環(huán)境,，配合仿真的地形,、煙霧和“敵人”的武器裝備，使部隊能夠進行生動逼真的軍事演習(xí),。
    3．1．3  先進概念與軍事需求分析  在先進概念與軍事需求分析方面(例如使用新概念與先進技術(shù)的試驗),，對于未來軍事行動中在條令、訓(xùn)練,、指揮人員培養(yǎng),、組織、裝備和士兵發(fā)展等方面的需求上,，可以通過仿真和使用真實部隊的士兵體驗來評估技術(shù)綜合集成的影響,。
    3．2  工業(yè)領(lǐng)域
    同軍事領(lǐng)域的需求和推動一樣，由于工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜性、大型化,，出于安全性,、經(jīng)濟性考慮，仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的各個部門,。在大型復(fù)雜工程系統(tǒng)(項目)建設(shè)之前的概念研究與系統(tǒng)的需求分析過程中,，都發(fā)揮著越來越重要的作用。
    電力工業(yè)中,，隨著單元發(fā)電機組容量越來越大,，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對它的經(jīng)濟運行,、安全生產(chǎn)提出了更高的要求,，仿真系統(tǒng)是實現(xiàn)這個目的的最佳途徑。通過仿真系統(tǒng)可以優(yōu)化運行過程,，可以培訓(xùn)操作人員,。電站仿真系統(tǒng)己成為電站建設(shè)與運行中必須配套的裝備。
    核電站的運行必須安全,，操作人員的技術(shù)素質(zhì),、技能是保證安全運行的前提，培訓(xùn)提高操作人員素質(zhì),、技能的有效手段是仿真培訓(xùn)系統(tǒng),。
    在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的今天,，在技術(shù)更新速度加快的新形勢下,，制造業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化。如何在最短的時間內(nèi),，以最經(jīng)濟的手段開發(fā)出用戶能夠接受的產(chǎn)品,，己成為今天市場競爭的焦點。虛擬制造是解決這個焦點問題的有效技術(shù)途徑,。虛擬制造是采用建模技術(shù)在計算機及高速網(wǎng)絡(luò)支持下,，在計算機群組協(xié)同工作下，通過三維模型及動畫實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計,、工藝規(guī)劃,、加工制造、性能分析,、質(zhì)量檢驗以及企業(yè)各級過程的管理與控制的仿真產(chǎn)品制造過程,。虛擬制造是對已有的或未來的制造活動進行的仿真過程，所進行的過程是仿真的,，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是仿真的,。仿真技術(shù)將在制造企業(yè)中發(fā)揮重要的作用,。 
    3．3  其他應(yīng)用領(lǐng)域
    在為武器系統(tǒng)研制作戰(zhàn)訓(xùn)練和工業(yè)過程服務(wù)的同時，仿真技術(shù)的應(yīng)用正不斷向交通,、教育,、通訊、社會,、經(jīng)濟,、娛樂等多個領(lǐng)域擴展。近年來,，國內(nèi)研制了能夠表述交通流特征和交通流質(zhì)量的交通仿真軟件平臺,，可以對交通規(guī)劃、交通控制設(shè)計,、交通工程建設(shè)方案等進行預(yù)評估,。在引黃入晉輸水工程中，建立了全系統(tǒng)運行仿真系統(tǒng),。利用仿真系統(tǒng)驗證了工程設(shè)計,，提出了現(xiàn)有工程設(shè)計中影響運行的重大問題，尋找調(diào)度運行最佳模式等,。
    在醫(yī)學(xué)仿真方面,，建立了有關(guān)人體的生物學(xué)模型和三維視覺模型，為深入開展人體生命機理研究和遠程醫(yī)療工作提供了有力的工具,。為了滿足大容量,、高速度通訊網(wǎng)絡(luò)研究的需要，對通訊仿真的方法和軟件開展了廣泛的研究,，為提高通訊網(wǎng)絡(luò)的性能和網(wǎng)絡(luò)方案的優(yōu)化提供了重要的分析和驗證工具,。此外，仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在娛樂業(yè)中亦顯示出廣闊的發(fā)展前景,。
    4 國內(nèi)外現(xiàn)狀及展望
    4．1  國外現(xiàn)狀
    以美國為代表的發(fā)達國家高度重視仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,。10多年來美國國防部一直將仿真和建模技術(shù)列為國防關(guān)鍵技術(shù)。1997年度的“美國國防技術(shù)領(lǐng)域計劃”,，將建模與仿真列為提高軍事能力的四大支柱(戰(zhàn)備,、現(xiàn)代化,、部隊結(jié)構(gòu),、支持能力)的重要技術(shù)。
    美國三軍先后建成了：為滿足紅外成像制導(dǎo)武器仿真需要的紅外制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng),。為滿足雷達尋的制導(dǎo)的毫米波半實物仿真系統(tǒng)MSS—2,，它是當(dāng)今世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進的射頻仿真系統(tǒng),�,？梢詽M足地空導(dǎo)彈毫米波精確制導(dǎo)仿真的需要,。目前，用于愛國者PAC—2和PAC—3型導(dǎo)引頭半實物仿真,。
    復(fù)合制導(dǎo)是精確打擊武器裝備的標志性發(fā)展,，支持復(fù)合制導(dǎo)武器的仿真技術(shù)，成為當(dāng)今最具挑戰(zhàn)性的仿真技術(shù),。美國于1995年研制成功共孔徑的毫米波和紅外雙模制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng),。
    1983年，美國國防部國防高級研究計劃局(DARPA)和美國陸軍共同制定了SIMNET研究計劃,，此計劃是將分散在多個地點的地面車輛(如坦克,、裝甲車等)仿真器用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來，進行各種復(fù)雜任務(wù)的策劃和訓(xùn)練,，以演示,、驗證實時聯(lián)網(wǎng)的人在回路中的作戰(zhàn)仿真和作戰(zhàn)演習(xí)的可行性，最終達到降低訓(xùn)練成本,、實現(xiàn)作戰(zhàn)想定,、提高訓(xùn)練安全性及減小對環(huán)境的不良影響的目的。1989年,，SIMNET最終移交給美國陸軍時,，已經(jīng)聯(lián)結(jié)了9個操作性仿真結(jié)點(5個分布在美國、4個在歐洲)和2個開發(fā)仿真結(jié)點,，大約250臺套地面車輛模擬器和飛機飛行模擬器,。SIMNET作為一套訓(xùn)練系統(tǒng)，  目前仍在發(fā)揮作用,。SIMNET計劃的完成,，標志著仿真技術(shù)進入了分布交互仿真階段，為分布交互仿真的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),。此后,，在90年代，美國在HLA基礎(chǔ)上相繼建立了JADS(Joint Advanced Distributed  Simulation),、  JWARS  (Joint Warfare System),、HLA的應(yīng)用系統(tǒng)、JSIMS(Joint Simulation System)和ALSP應(yīng)用系統(tǒng)等,。
    歐洲對于仿真技術(shù)的研究也十分重視,。北大西洋公約組織(NATO)對應(yīng)于美國分布交互仿真工作組成立了相應(yīng)的研究機構(gòu)進行跟蹤研究，并制定了建模與仿真的計劃,。
    美國等西方國家除軍事用途外的其他行業(yè)中的仿真技術(shù)及應(yīng)用都居于世界領(lǐng)先水平,，如飛機模擬器、車輛運輸仿真,、電力系統(tǒng),、石化工業(yè)仿真系統(tǒng)等,。
    4．2  國內(nèi)狀況
    通過幾個五年計劃的努力，我國仿真技術(shù)得到了快速發(fā)展,，并取得了突破性成果,。
    在國防工業(yè)領(lǐng)域，建成了不同類型的半實物仿真系統(tǒng),。半實物仿真系統(tǒng)的應(yīng)用在國防工業(yè)產(chǎn)品研制,、生產(chǎn)、使用,、維護過程中發(fā)揮了巨大作用,。
    在軍事領(lǐng)域建立了指揮、作戰(zhàn),、訓(xùn)練的仿真系統(tǒng)及半實物仿真試驗室,。仿真技術(shù)的應(yīng)用為我軍部隊指揮、作戰(zhàn),、訓(xùn)練提供了有效的工具,，為我軍現(xiàn)代化建設(shè)做出了重要貢獻。
    在先進分布交互仿真技術(shù)方面,，我國初步建成了分布交互綜合仿真系統(tǒng)14J,。該系統(tǒng)是一個含有靈境技術(shù)的、開放的,、支持分布交互仿真的支撐環(huán)境,，支持復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計、運行和評估,，并開始應(yīng)用于實際系統(tǒng)的研制和開發(fā)工作,。
    在民用工業(yè)中，我國已自行研制生產(chǎn)電力工業(yè)的大型電站(200MW,，300MW,，600MW)仿真系統(tǒng)、交通運輸仿真系統(tǒng),、石油化工過程仿真系統(tǒng)等U51,。
    我國仿真技術(shù)經(jīng)過“七五”、“八五”,、“九五”期間的努力,，已有長足發(fā)展。在某些方面達到了國際先進水平,。但總的技術(shù)水平,，特別是應(yīng)用水平與發(fā)達國家比較還有差距,，需要進一步努力,，加速發(fā)展仿真技術(shù)以縮小差距,。
    系統(tǒng)仿真技術(shù)的優(yōu)良特性和巨大效益，可能將成為今后人們特別重視和大力發(fā)展的綜合技術(shù),。仿真系統(tǒng)將應(yīng)用于人類生產(chǎn)實踐的全過程,，這樣可以避免決策失誤，可以預(yù)測可能發(fā)生的問題,，達到避免故障,、安全控制的目的。 
    4．3  展望
    建模理論和方法,，仍然是推動仿真技術(shù)進步發(fā)展的重點研究方向,。它是系統(tǒng)仿真可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。美國等發(fā)達國家在仿真領(lǐng)域一直是將建模理論和方法的研究工作列為重中之重,。另外,，無論是武器系統(tǒng)還是工業(yè)系統(tǒng)，都向大型化,、復(fù)雜化方向發(fā)展,，相應(yīng)的必須開展支持復(fù)雜大系統(tǒng)建模的理論和方法研究。
    仿真系統(tǒng)將是支持研究各類復(fù)雜大系統(tǒng)全生命周期的必要手段,。大型復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng),，都需要預(yù)估其安全性，從安全性出發(fā)設(shè)計實施,。仿真系統(tǒng)是預(yù)估其安全性的有效工具,，因此仿真系統(tǒng)自身的可信度就變得非常重要。從理論上建立仿真系統(tǒng)的評估體系及相應(yīng)的方法,、工具是推動仿真技術(shù)應(yīng)用的重要研究方向,。
    先進的分布式仿真技術(shù)的發(fā)展，在2l世紀,，可能將分布在各個應(yīng)用領(lǐng)域的人員和資源集成為一個大型仿真環(huán)境,。它將打破各個領(lǐng)域的界限，使人們在仿真環(huán)境里對擬定的設(shè)想和任務(wù)進行研究,、分析�,，F(xiàn)代建模技術(shù)、計算機技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，為建立這種跨行業(yè)具有虛擬環(huán)境的仿真系統(tǒng)提供了強有力的技術(shù)支撐,。這種仿真系統(tǒng)的建成,，將會幫助人們解決難度更大的問題，將對經(jīng)濟或社會帶來更大影響,。應(yīng)該努力去實現(xiàn)這個目標,。
    支持這個發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)是分布式協(xié)同技術(shù),。它可以幫助處于不同地理位置的人們共享和交換數(shù)據(jù)、信息,、知識和行為狀態(tài),，完成特定的任務(wù)，并為實現(xiàn)交*學(xué)科信息共享以及決策支持服務(wù),。虛擬世界所需要的轉(zhuǎn)換技術(shù)也是建立跨行業(yè)具有虛擬環(huán)境仿真系統(tǒng)的有挑戰(zhàn)性的研究發(fā)展方向,。
    仿真技術(shù)是極具挑戰(zhàn)性的新興技術(shù)之一，它將廣泛的應(yīng)用在軍事,、工業(yè),、生物、醫(yī)療,、人類行為,、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)林,、牧業(yè),、城市規(guī)劃、空間探測等領(lǐng)域,。在2l世紀,，它的發(fā)展將對經(jīng)濟、社會以及人們的觀念產(chǎn)生巨大影響,。
    5  結(jié)語
    仿真作為一門綜合性科學(xué),，將隨著其相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的深入發(fā)展，繼續(xù)向縱深快速發(fā)展,，同時將擴大其綜合應(yīng)用的領(lǐng)域,，在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。但是,，作為一門綜合性技術(shù)學(xué)科,，仿真技術(shù)還有許多理論及技術(shù)問題需要繼續(xù)進行深入的研究探討。
    我國應(yīng)大力開展仿真技術(shù)的理論研究和技術(shù)應(yīng)用研究,，盡快縮短與先進發(fā)達國家在技術(shù)上的差距,。系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展，必將推動我國科學(xué)技術(shù)水平的進一步提高,。

 

貝貝

在液壓氣動領(lǐng)域,，仿真軟件主要有：matlab easy5 fluidsim automation等，哪種好用大家評說吧

zwaagon

誰有fluidsim液壓系統(tǒng)仿真軟件啊
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我也想要.