系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢工程系統(tǒng)的仿真，起源于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。從最初的簡單電子、機械系統(tǒng)，逐步發(fā)展到今天涵蓋機、電、液、熱、氣、電、磁等各個專業(yè)領(lǐng)域，并且在控制器和執(zhí)行機構(gòu)兩個方向上飛速發(fā)展?？刂破鞯姆抡孳浖谘芯靠刂撇呗?、控制算法、控制系統(tǒng)的品質(zhì)方面提供了強大的支持。隨著執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，機、電、液、熱、氣、磁等驅(qū)動技術(shù)的進步，以高可靠性、高精度、高反應(yīng)速度和穩(wěn)定性為代表的先進特征，將工程系統(tǒng)的執(zhí)行品質(zhì)提升到了前所未有的水平。相對控制器本身的發(fā)展，憑借新的加工制造技術(shù)的支持，執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)的發(fā)展更加富于創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，而對于設(shè)計、制造和維護高性能執(zhí)行機構(gòu)，以及構(gòu)建

2、一個包括控制器和執(zhí)行機構(gòu)的完整的自動化系統(tǒng)也提出了更高的要求。 AMESIM軟件正是能夠提供平臺級仿真技術(shù)的工具。從根據(jù)用戶需求，提供液壓、機械、氣動等設(shè)計分析到復雜系統(tǒng)的全系統(tǒng)分析，到引領(lǐng)協(xié)同仿真技術(shù)的發(fā)展方向，AMESIM的發(fā)展軌跡和方向代表了工程系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢。一、系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀 工程系統(tǒng)仿真作為虛擬設(shè)計技術(shù)的一部分，與控制仿真、視景仿真、結(jié)構(gòu)和流體計算仿真、多物理場以及虛擬布置和裝配維修等技術(shù)一起，在貫穿產(chǎn)品的設(shè)計、制造和運行維護改進乃至退役的全壽命周期技術(shù)活動中，發(fā)揮著重要的作用，同時也在滿足越來越高和越來越復雜的要求。因此，工程系統(tǒng)仿真技術(shù)也就迅速地發(fā)展到了協(xié)

3、同仿真階段。其主要特征表現(xiàn)為：1、控制器和被控對象的聯(lián)合仿真：MATLABAMESIM，可以覆蓋整個自動控制系統(tǒng)的全部要求。2、被控對象的多學科、跨專業(yè)的聯(lián)合仿真：AMESIM機構(gòu)動力學CFDTHERMAL電磁分析3、實時仿真技術(shù)實時仿真技術(shù)是由仿真軟件與仿真機等半實物仿真系統(tǒng)聯(lián)合實現(xiàn)的，通過物理系統(tǒng)的實時模型來測試成型或者硬件控制器。4、集成進設(shè)計平臺現(xiàn)代研發(fā)制造單位，尤其是設(shè)計研發(fā)和制造一體化的大型單位，引進PDM/PLM系統(tǒng)已經(jīng)成為信息化建設(shè)的潮流。在復雜的數(shù)據(jù)管理流程中，系統(tǒng)仿真作為CAE工作的一部分，被要求嵌入流程，與上下游工具配合。5、超越仿真技術(shù)本身工程師不必是精通數(shù)值算法和仿真

4、技術(shù)的專家，而只需要關(guān)注自己的專業(yè)對象，其他大量的模型建立、算法選擇和數(shù)據(jù)前后處理等工作都交給軟件自動完成。這一技術(shù)特點極大地提高了仿真的效率，降低了系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用門檻，避免了因為不了解算法造成的仿真失敗。6、構(gòu)建虛擬產(chǎn)品在通過建立虛擬產(chǎn)品進行開發(fā)和優(yōu)化過程中，關(guān)注以各種特征值為代表的系統(tǒng)性能，實現(xiàn)多方案的快速比較。二、系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢21、屏棄單專業(yè)的仿真 單一專業(yè)仿真將退出系統(tǒng)設(shè)計的領(lǐng)域，專注于單一專業(yè)技術(shù)的深入發(fā)展。作為總體優(yōu)化的系統(tǒng)級設(shè)計分析工具，必要條件之一是跨專業(yè)多學科協(xié)同仿真。22、跟隨計算技術(shù)的發(fā)展 隨著計算技術(shù)在軟硬件方面的發(fā)展，大型工程軟件系統(tǒng)開始有減少模型的簡化

5、、減少模型解藕的趨勢，力爭從模型和算法上保證仿真的準確性。更強更優(yōu)化的算法，配合專業(yè)的庫，將提供大型工程對象的系統(tǒng)整體仿真的可能性。在高性能計算方面，將支持包括并行處理、網(wǎng)格計算技術(shù)和高速計算系統(tǒng)等技術(shù)。23、平臺化 要求仿真工具能夠提供建模、運算、數(shù)據(jù)處理（包括二次開發(fā)后的集成和封裝）、數(shù)據(jù)傳遞等全部仿真工作流程要求的功能，并且通過數(shù)據(jù)流集成在更大的PDM/PLM平臺上。同時，在時間尺度上支持全開發(fā)流程的仿真要求，在空間尺度上支持不同開發(fā)團隊甚至是交叉型組織架構(gòu)間的協(xié)同工作以及數(shù)據(jù)的管理。24、整合和細分市場 整合化：將出現(xiàn)主流的標準工具。其特征是功能涵蓋了現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的主要系統(tǒng)仿真需求，并

6、與其他主流軟件工具通過接口或后臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫級別的數(shù)據(jù)交互，有協(xié)同工作的能力；軟件自身的技術(shù)進展迅速，具有強大的發(fā)展后勁。專業(yè)化：隨著市場需求的細分，走專業(yè)化道路，將出現(xiàn)極專業(yè)的工具。這些工具將在某些具體的專業(yè)領(lǐng)域提供深入研究的特殊支持，如開發(fā)特殊的庫或模型，專注于具有鮮明行業(yè)特征的技術(shù)，滿足特殊的行業(yè)標準。將出現(xiàn)整合型工具和專業(yè)化工具互補的局面。25、智能化 將引進更加友好的操作界面，智能化的求解器及模型管理。不斷改進GUI，讓軟件使用者直接體驗到數(shù)值計算專家開發(fā)的后臺工具提供的強大功能，同時減少軟件學習和使用的困難。提供易學易用的強大工具。26、豐富的二次開發(fā)選項 提供源代碼級的二次開發(fā)支持

7、，開放的架構(gòu)滿足不同用戶的專業(yè)開發(fā)要求。在強大的工具平臺上，根據(jù)自身的需要，進行二次開發(fā)。這已經(jīng)是目前許多研發(fā)單位開發(fā)專有技術(shù)的標準方式。今后的系統(tǒng)仿真工具必須支持用戶在進行二次開發(fā)的時候，從源代碼級別開始的創(chuàng)新和工程化定制，并能夠通過封裝集成到原有平臺中去。這種技術(shù)將成為用戶在實現(xiàn)知識和技術(shù)組織內(nèi)共享和傳承的同時，保護自身知識產(chǎn)權(quán)的必然選擇。早期的控制系統(tǒng)設(shè)計可以由紙筆等工具容易地計算出來，如 Ziegler 與 Nichols 于1942年提出的 PID 經(jīng)驗公式就可以十分容易地設(shè)計出來。隨著控制理論的迅速發(fā)展，光利用紙筆以及計算器等簡單的運算工具難以達到預期的效果，加之在計算機領(lǐng)域取得了

8、迅速的發(fā)展，于是很自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計 (computer-aided control system design , CACSD)方法?？刂葡到y(tǒng)的計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展目前已達到了相當高的水平，并一直受到控制界的普遍重視。早在1982年12 月和1984 年12 月，控制系統(tǒng)領(lǐng)域在國際上最權(quán)威的IEEE控制系統(tǒng)學會的控制系統(tǒng)雜志(Control Systems Magazine)和IEEE學會的科研報告集(Proceedings of IEEE)分別第一次出版了關(guān)于CACSD的?？?。近三十年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各類CACSD 軟件頻繁出現(xiàn)且種類繁多，MATLAB

9、語言出現(xiàn)以來，就深受控制領(lǐng)域?qū)W生和研究者的歡迎，已經(jīng)成為控制界最流行、最有影響的通用計算機語言，成為控制界學者的首選。MATLAB 作為主要程序設(shè)計語言來介紹控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計的算法，可以使讀者將主要精力集中在控制系統(tǒng)理論和方法上，而不是將主要精力花費在沒有太大價值的底層重復性機械性勞動上，這樣可以對控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計技術(shù)有較好的整體了解，避免“只見樹木，不見森林”的認識偏差，提高控制器設(shè)計的效率和可靠性。（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗

10、口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。（2）簡單易用的程序語言Matlab一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫

11、好一個較大的復雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代

12、替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能 MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖

13、象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專

14、門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之