聊一聊联合仿真接口与注意事项

2025-08-20
联合仿真：两个或者多个软件联合一起仿真，一般采用不同专业软件，发挥各自优势。典型应用：机电液联合仿真、流固热联合仿真等。
一、联合仿真的接口模式与类型

跨软件联合仿真的核心是明确 “接口规则”，从三个维度可划分为不同模式，直接影响仿真效率与结果精度。

1. 主程序与辅程序：明确 “调用关系”

联合仿真中，参与软件存在 “主（Master）”“辅（Slave）” 之分，地位不对等。

  • 主程序：主导仿真流程，通过接口文件调用辅程序的模型（或模型 + 求解器），用户直接与主程序交互（如提交运算、设置参数）；

  • 辅程序：被动响应主程序调用，主要负责生成接口文件，后台运行，不直接参与人机交互。


选择原则：无严格规定，通常以 “更熟悉的软件” 或 “模型更复杂的一方” 为主程序。例如，若核心是液压控制系统（Amesim 建模），机械部分仅辅助分析（Adams 建模），则优先选 Amesim 为主程序。

2. 协同仿真（Co-simulation）与模型交换（Model Exchange）：区分 “求解方式”

根据求解器是否共享，联合仿真分为两类，核心差异在于 “谁来求解模型”：


类型
核心逻辑
优势
劣势
协同仿真
主程序调用辅程序的 “模型 + 求解器”，双方用各自求解器计算，按固定间隔交换数据（又称 “离散耦合”）。
速度快、成功率高，适合大型复杂系统。
因数据交换间隔存在离散延时，精度略低。
模型交换
主程序仅调用辅程序的 “模型”，辅程序不参与求解（模型全量导出给主程序），由主程序求解器统一计算（又称 “连续输出”）。
结果精度更高，无数据交换延时。
计算难度大、速度慢，复杂模型易卡死。

Amesim 中的接口对应：创建接口时，“Simulink”“Adams” 对应模型交换，“SimuCosim”“AdamsCosim” 对应协同仿真（如图 ）。实际应用中，多数场景推荐协同仿真 —— 平衡效率与可行性。

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3. 专用接口与 FMI：选择 “连接方式”

实现软件联合的接口途径分为两类，决定了跨软件兼容性：

  • 专用接口（Dedicated Interface): 专用于特定软件组合（如 Amesim- simcenter3D 专用接口），类似 “私家车”，仅支持固定搭配；

  • FMI（Functional Mock-up Interface用接口标准): 支持所有兼容 FMI 的软件（如 Amesim、Adams、Simulink 等），类似 “公共交通”，不依赖具体工具。
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优势对比：FMI 设置更简单，且避免专用接口的版本限制（如高版本 Adams 已不支持 Amesim 专用接口，需用 2008 及更早版本）。推荐优先使用 FMI，其接口模块称为 FMU（Functional Mock-up Union），是高版本软件联合的主流选择，也许未来方向，特别是FMU3.0出来后。

4. 组合方式与小结

上述三个维度可组合出 8 种联合方式（如 “FMI 接口 + Amesim 为主程序 + 协同仿真”），但并非均可行。实际选择需结合软件兼容性（参考帮助文档）及需求（如大型系统优先协同仿真，高精度需求可尝试模型交换）。

二、Amesim-Adams 联合仿真实操注意事项


明确接口模式后，实操中需关注细节，避免因 “隐性问题” 导致仿真失败或结果失真。

1. 变量传递：遵循 “物理逻辑”

Amesim 与 Adams 联合时，变量传递需符合 “动力 - 运动” 匹配关系：

  • Amesim→Adams：通常传递力、力矩等 “驱动力”（液压 / 控制系统输出）；

  • Adams→Amesim：通常传递（角）位移、（角）速度等 “运动状态”（机械系统反馈）。


若传递方向颠倒（如 Amesim 传运动、Adams 传驱动力），大概率建模逻辑错误，需重新梳理系统因果关系。

2. 先 “单独测试”，再 “联合仿真”

避免直接跨软件联合，建议分步验证：

  • 在 Amesim 中搭建完整控制系统，用机械库元件简化 Adams 部分，测试液压 / 控制逻辑；

  • 在 Adams 中搭建完整机械系统，用信号源替代 Amesim 的驱动力，验证机械运动合理性。

  • 单独仿真无问题后再联合，可快速定位跨软件接口外的模型错误，提升效率。


3. 单位与符号：警惕 “隐性换算”

  • 单位一致性

    Adams 默认位移单位为 mm，Amesim 常用 m，需手动换算（1mm=0.001m）；


  • 矢量符号匹配

    部分元件存在 “正方向相反”（如液压缸运动方向与输入变量正方向相反），需在传递时加负号修正。



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例如：Adams 传递的正向位移变量需乘以 “-0.001”，才能正确输入 Amesim 的液压缸端口，否则结果会完全偏离实际。

4. 避免隐性变量与代数环

联合仿真仅支持常微分方程（ODE）求解，不支持微分代数方程（DAE），因此：

  • 隐性变量必须为 0：Amesim 编译后，窗口显示的 “隐性变量数” 需为 0（如图 4），否则需简化模型；

  • 消除代数环：代数环是 “变量相互依赖” 的矛盾（如 “鸡生蛋、蛋生鸡”），会伴随隐性变量出现。解决方法：在环中加入延时模块（延时常数越小，对系统影响越小）。存在代数环也是不影响计算的，但最好加上延迟来消除。

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5. 元件选用：规避 “数值问题”

优先选择无 “硬不连续” 的元件，避免求解器陷入数值困境：

  • 例如带限位的质量块（MECMAS21 子模型），“ideal” 限位会导致速度突变（硬不连续），Adams 求解器难以处理，建议选 “elastic” 限位；

  • 类似地，含刚性碰撞、突变阈值的元件需谨慎使用，优先用柔性过渡元件替代。

    注意：连接油缸接口，实际不需要用质量块，直接用油缸连接，或者HCD库元件连接。

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三、实用建议


  • 若非必要，优先在单一软件内完成建模（Amesim 机械库可覆盖多数机械运动场景），减少联合仿真的接口复杂度；
  • 必须联合时，优先用 FMI 接口（兼容性强、设置简单），尤其高版本 Amesim 与 Adams 联合，FMU 是最优选择；
  • 如需深入学习，可参考专项课程（如 Amesim-Matlab/Adams 联合仿真专题），系统掌握接口设置与故障排查。

联合仿真的核心是 “明确规则、细节把控”—— 无论是主辅程序划分、接口类型选择，还是变量传递、单位换算，均需围绕 “物理逻辑” 与 “软件特性” 展开，才能实现高效、准确的跨领域建模。



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