虛擬仿真技術在液壓系統(tǒng)中的應用

胡月霞

（包頭輕工職業(yè)技術學院，內蒙古 包頭014000）

虛擬仿真技術是最近幾年發(fā)展起來的一門具有綜合性的新興學科，它涉及到了計算機系統(tǒng)分析、圖形技術、控制理論、人機交互技術、傳感技術、可視化計算機交互建模技術等技術。利用計算機圖形技術進行圖形化建模、模擬真實情境，使仿真系統(tǒng)具有了沉浸性、可操作性、構想性、可視化的功能。

1 輔助建模

虛擬仿真系統(tǒng)模擬現(xiàn)實就需要將真實世界的事物在數字空間表現(xiàn)出來，基于計算機圖形技術的自動建模系統(tǒng)還處于半自動化狀態(tài)，但通過將計算機圖形技術產生的系統(tǒng)圖形傳給仿真系統(tǒng)軟件，而后由仿真軟件利用公共的圖形轉換將用戶建立的三維圖形模型自動轉化為仿真程序，極大地降低了虛擬現(xiàn)實的建模成本及建模環(huán)節(jié)。

2 虛擬仿真系統(tǒng)中液壓仿真建模環(huán)境的建立

功率鍵合圖是源自于美國的一種技術，結構簡單明了、包含巨大的信息量，同時具有拓撲性能夠推導數學模型，如果能夠將現(xiàn)代化的可視化交互建模技術、圖形技術、面向對象的技術、虛擬仿真技術、模塊化的建模技術，以及鍵合圖自動建模技術有機結合。采用液壓原理圖形的輸入方式結合鍵合圖進行建模，然后編寫計算機程序，讓計算機在后臺處理將液壓系統(tǒng)轉化為鍵合圖，就可以克服鍵合圖對用戶要求過高的缺陷，同時能夠體現(xiàn)出鍵合圖在建模方面所具有的優(yōu)勢。為此，作者通過本文研究計算機圖形技術結合鍵合圖建模的液壓仿真系統(tǒng)的應用，同時提出了一個基于可視化交互建模技術、圖形技術、面向對象的技術、虛擬仿真技術、模塊化的建模技術構建液壓仿真建模的環(huán)境。

3 可視化交互建模環(huán)境的體系結構

圖1 可視化建模環(huán)境的體系結構圖

如圖1 所示，可視化交互建模環(huán)境由液壓原理圖、功率鍵合圖以及描述文件這三個小模型建立子模塊共同組成。在這三個小模型中液壓原理圖的子模塊和功率鍵合圖的子模塊為用戶營造了圖形編輯環(huán)境，液壓仿真系統(tǒng)的用戶可以通過圖形編輯界面來建立所需要的仿真模型。

（1）液壓原理圖建模模塊。液壓原理圖建模的各個子模塊是可視化交互建模環(huán)境的核心，該模型建模效率高，容易被理解，比較適合大眾液壓工程技術人員使用。液壓原理圖的模塊主要由液壓元件圖形庫、圖形識別器以及液壓元件模型描述庫這三部分組成。液壓元件圖形庫是給液壓原理圖的創(chuàng)建準備了圖形表達的載體，而液壓元件模塊描述庫主要是為繪制的液壓元件構建基于功率鍵合圖描述的數學模型，這二者之間具有相互對應相互依存的關系。圖形識別器是整個液壓原理圖基于鍵合圖建模的關鍵，主要負責完成數字化描述向字符化描述的轉變。液壓原理圖建模的各個子模塊的功能如下所述： 基于液壓元件圖形庫以及液壓元件模型描述庫，在VIM 標準環(huán)境配置下提供的圖形編輯器中繪制研究虛擬仿真系統(tǒng)的液壓原理圖。在上述過程中，通常采用了圖形繪制、模型優(yōu)化提取、圖形顯示拓撲連接關系以及輸出輸入同步進行的方式。這樣在使用中用戶只需在操作界面繪制原理圖就可以完成建模信息的輸入，不再要求編寫專門的程序輸入不同液壓元件之間的拓撲連接關系以及編程調用模型信息，降低了使用難度縮減了用戶的工作量，同時使得整個液壓原理圖建模的過程簡單有效。

（2）功率鍵合圖建模模塊。功率鍵合圖一般使用字符表示，因數學符號的約定與語法規(guī)則不同，二者之間存在較大差異，但利用鍵合圖建模的這種方式是目前普遍能夠接受的表示方法。因此，在液壓系統(tǒng)可視化建模環(huán)境下結合功率鍵合圖進行圖形建模的方式是一種行之有效的方式。功率鍵合圖建模的各個子模塊主要具有以下兩個功能：一、在圖形編輯的界面中，結合鍵合圖元素圖形庫提供的支持，創(chuàng)建虛擬仿真液壓系統(tǒng)所需的功率鍵合圖，同時利用圖形翻譯器將前面所創(chuàng)建的鍵合圖轉換翻譯成后續(xù)虛擬仿真模塊能夠快速識別的描述文件；二、整合原理圖以及描述文件等模塊提供的系統(tǒng)模型信息，使用鍵合圖自動生成器自動生成液壓虛擬仿真系統(tǒng)鍵合圖模型的圖形表達，與此同時將原理圖模型的各個動態(tài)因素進行局部調整。

（3）描述文件建模模塊。液壓系統(tǒng)通用的SIM圖形環(huán)境一般采用描述文件作為虛擬仿真系統(tǒng)的建模方式?？梢暬换ソ－h(huán)境為了提高與原虛擬仿真軟件包在文件表達上的兼容性，采用該種建模方式，同時在此基礎上進一步強化了之間的交互功能。經過強化的描述文件模塊新增了文本編輯器，改進了它與鍵合圖建模模塊之間互通信息的通信接口，這樣開發(fā)人員就可以直接在描述文件模塊所設置的編輯環(huán)境里進行建立、編輯、修改系統(tǒng)模型，還能夠將描述文件利用轉換器自動轉換為鍵合圖的表達方式。

4 結 語

隨著計算機虛擬仿真技術已經成功的為系統(tǒng)分析、定性研究，模塊設計以及成果的檢驗，提供了一些可供借鑒的經驗，也為工程界及相關企業(yè)帶來了直接的效益，在液壓系統(tǒng)中應用計算機圖形技術進行模擬仿真已成為今后發(fā)展的一個主要趨勢。