机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析

韩召伟

摘 要：本文对Schemebuilder进行了简要分析，研究了运用面向对象法建模的软件Dymoda和用键合图法建模的仿真软件20-sim。最后对机电一体化建模技术和仿真软件的发展前景进行了系列总结。

关键词：机电一体化；系统建模技术；仿真软件；研究与分析

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0039-01

由于我国市场竞争性越来越大，产品上市的周期正在逐渐缩短，在有限时间内研发出满足客户需要的、性能显著的机电产品可以说是各大厂家最终目标。對此，电脑开始成为厂家研发中不可或缺的一项工具。在计算机的帮助下进行机电一体化系统建模与仿真也就开始成为技术研究人员分析和探究的重要课题。

1 在电脑辅助下的机电一体化系统建模方式

机电一体化系统其建模实际上就是物理对象的有效建模，再简单来说就是物理实体上的建模，把机电一体化的系统抽象成物理模型并在电脑中表达出来。电脑中表达和描述的物理模型，一定要比较容易转变为数学描述，只有这样才可以把针对于物理模型方面的电脑仿真有效实现。下面主要介绍几种国际中的物理模型方法。

1.1 方块图建模

方块图来源于控制理论这一学科，能够对信号流的输出和输入进行有效建模。它包含有很多基本型控制模块，例如积分、比例积分、微分、比例微分等等，根据线段再把这些模块相联系起来。每一种模块都是由传递函数所构成的，其特点就是能够反馈模块与前馈模块对任意控制系统进行表达[1]。

1.2 系统图法

系统图法其研究主要是以卡内基梅隆大学为主。系统图描述的前提是线形图理论，系统图实际上就是系统能量流的拓扑构造线形图的一种表示形式，相关研究人员将方块图和线形图有效结合起来，使得系统图也能够对含有信号流的系统构造进行描述和表达，实现了系统图的描述方式。系统图法跟键合图法相类似，都是通过运用一种在整个能量域中能够对系统行为加以建模的最少的通用原件对系统建模。元件和元件之间用能量链的衔接来表达系统能量流的走向。

1.3 面向对象的建模

这种建模方法主要是对象电子、机械等不同领域的对象分别建模。并存在不同的数据库里不同目录当中。这种建模法具有继承、层次化以及数据封袋等特点，能够有效减少失误、实现模型的再次使用。面向对象这种建模方式实际上就是把对象分解成能够用数学形式进行表达的最小对象，之后把其封装起来，通过图标的方式当做对象进行保存，称为对象图。所有的最小对象按照特定形式组合在一起进行封装，就产生了这种物理对象的模型。已经建立起来的对象图还能够在其他物理对象建模所需要的时候再次被引用起来。在建模软件Dymod里，对象图底端能够用Modelica进行描述，这种建模方法不但能够实现机械系统建模，同时还能够实现控制系统其建模，可以说面向对象的建模是有效实现机电一体化系统建模的一种重要方式。

2 电脑辅助下机电一体化的系统仿真软件

2.1 20-sim

20-sim是由荷兰图文特大学所研发出来的，它能够有效实现机械系统和电子系统等的仿真和建模，它是对机电一体化建模与仿真提供一定支持的重要软件。它采用的语言是SIDOPS，允许方块图和键合图以及图标图等输入建模方式，有属于自己的模型库，在其模型库中涵盖方块图，图标图和键合图等目录，在目录里有已经建立完整的模型，帮助用户进行调用，当然用户也能自己建立模型，不过这需要运用SIDOPS语言描述来进行。这种软件有效的把方块图和键合图相融合在了一起，使用户能够在用方块图对控制系统加以建模的同时，还能够用键合图对机电一体化中机械部分加以建模，20-sim允许仿真时跟Simulink进行互换，20-sim能够产生Simulink中的S函数，能够在Matlab情境中进一步实现仿真[2]。

2.2 Dymoda

Dymoda这种软件是由瑞典的一家是公司所研发出来的，其主要被应用在机器人和汽车等不同的工程领域的仿真与建模当中。Dymoda允许多个不同领域像电子和机械等系统进行混合建模与仿真。Dymoda是运用面向对象技术的一种建模与仿真软件。因为Modelica语言能够把SIDOPS语言转换成Modelica，因此他也允许键合图建模，可以说是能够把键合图与方块图有效结合起来的一种建模和仿真软件。由于Dymoda是对实际的对象进行建模，所以它具有直观性的特点，跟20-sim相比来看，Dymoda软件更加适合因公用在非专业与专业人员进行建模当中（20-sim则只能使用在专业人员当中，这是由键合图自身高度抽象性能所决定的）。

3 结语

对几种机电一体化建模技术进行了简要的分析和探讨，并对其在应用上与各自的特点上进行了详细的对比，进而提出面向对象建模是一种直观性极强、相对系统化的建模方式，跟机电一体化自身特性相结合的角度出发，可看出，研发出集机械和控制于一身的机电一体化的混合型建模与仿真环境可以说是今后计算机辅助机电一体化系统设计的方向和趋势。

参考文献

[1]查娜，李国华.机电一体化系统多能量域集成产品建模与仿真技术分析[J].科技资讯，2015（05）：225.

[2]徐章锁.基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术研究[D].西安电子科技大学，2013.