虛擬仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡月霞

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014000）

虛擬仿真技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)具有綜合性的新興學(xué)科，它涉及到了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析、圖形技術(shù)、控制理論、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、可視化計(jì)算機(jī)交互建模技術(shù)等技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)進(jìn)行圖形化建模、模擬真實(shí)情境，使仿真系統(tǒng)具有了沉浸性、可操作性、構(gòu)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(shí)就需要將真實(shí)世界的事物在數(shù)字空間表現(xiàn)出來(lái)，基于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的自動(dòng)建模系統(tǒng)還處于半自動(dòng)化狀態(tài)，但通過(guò)將計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)產(chǎn)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(zhuǎn)換將用戶(hù)建立的三維圖形模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化為仿真程序，極大地降低了虛擬現(xiàn)實(shí)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(guó)的一種技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了、包含巨大的信息量，同時(shí)具有拓?fù)湫阅軌蛲茖?dǎo)數(shù)學(xué)模型，如果能夠?qū)F(xiàn)代化的可視化交互建模技術(shù)、圖形技術(shù)、面向?qū)ο蟮募夹g(shù)、虛擬仿真技術(shù)、模塊化的建模技術(shù)，以及鍵合圖自動(dòng)建模技術(shù)有機(jī)結(jié)合。采用液壓原理圖形的輸入方式結(jié)合鍵合圖進(jìn)行建模，然后編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，讓計(jì)算機(jī)在后臺(tái)處理將液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為鍵合圖，就可以克服鍵合圖對(duì)用戶(hù)要求過(guò)高的缺陷，同時(shí)能夠體現(xiàn)出鍵合圖在建模方面所具有的優(yōu)勢(shì)。為此，作者通過(guò)本文研究計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)結(jié)合鍵合圖建模的液壓仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，同時(shí)提出了一個(gè)基于可視化交互建模技術(shù)、圖形技術(shù)、面向?qū)ο蟮募夹g(shù)、虛擬仿真技術(shù)、模塊化的建模技術(shù)構(gòu)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(jié)構(gòu)

圖1 可視化建模環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)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(gè)小模型建立子模塊共同組成。在這三個(gè)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(hù)營(yíng)造了圖形編輯環(huán)境，液壓仿真系統(tǒng)的用戶(hù)可以通過(guò)圖形編輯界面來(lái)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(gè)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(shù)人員使用。液壓原理圖的模塊主要由液壓元件圖形庫(kù)、圖形識(shí)別器以及液壓元件模型描述庫(kù)這三部分組成。液壓元件圖形庫(kù)是給液壓原理圖的創(chuàng)建準(zhǔn)備了圖形表達(dá)的載體，而液壓元件模塊描述庫(kù)主要是為繪制的液壓元件構(gòu)建基于功率鍵合圖描述的數(shù)學(xué)模型，這二者之間具有相互對(duì)應(yīng)相互依存的關(guān)系。圖形識(shí)別器是整個(gè)液壓原理圖基于鍵合圖建模的關(guān)鍵，主要負(fù)責(zé)完成數(shù)字化描述向字符化描述的轉(zhuǎn)變。液壓原理圖建模的各個(gè)子模塊的功能如下所述： 基于液壓元件圖形庫(kù)以及液壓元件模型描述庫(kù)，在VIM 標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中，通常采用了圖形繪制、模型優(yōu)化提取、圖形顯示拓?fù)溥B接關(guān)系以及輸出輸入同步進(jìn)行的方式。這樣在使用中用戶(hù)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(xiě)專(zhuān)門(mén)的程序輸入不同液壓元件之間的拓?fù)溥B接關(guān)系以及編程調(diào)用模型信息，降低了使用難度縮減了用戶(hù)的工作量，同時(shí)使得整個(gè)液壓原理圖建模的過(guò)程簡(jiǎn)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(shù)學(xué)符號(hào)的約定與語(yǔ)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(jié)合功率鍵合圖進(jìn)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(gè)子模塊主要具有以下兩個(gè)功能：一、在圖形編輯的界面中，結(jié)合鍵合圖元素圖形庫(kù)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(shí)利用圖形翻譯器將前面所創(chuàng)建的鍵合圖轉(zhuǎn)換翻譯成后續(xù)虛擬仿真模塊能夠快速識(shí)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(dòng)生成器自動(dòng)生成液壓虛擬仿真系統(tǒng)鍵合圖模型的圖形表達(dá)，與此同時(shí)將原理圖模型的各個(gè)動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行局部調(diào)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(dá)上的兼容性，采用該種建模方式，同時(shí)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化了之間的交互功能。經(jīng)過(guò)強(qiáng)化的描述文件模塊新增了文本編輯器，改進(jìn)了它與鍵合圖建模模塊之間互通信息的通信接口，這樣開(kāi)發(fā)人員就可以直接在描述文件模塊所設(shè)置的編輯環(huán)境里進(jìn)行建立、編輯、修改系統(tǒng)模型，還能夠?qū)⒚枋鑫募棉D(zhuǎn)換器自動(dòng)轉(zhuǎn)換為鍵合圖的表達(dá)方式。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成功的為系統(tǒng)分析、定性研究，模塊設(shè)計(jì)以及成果的檢驗(yàn)，提供了一些可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)，也為工程界及相關(guān)企業(yè)帶來(lái)了直接的效益，在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)進(jìn)行模擬仿真已成為今后發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。