系統(tǒng)仿真技術發(fā)展現狀

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上系統(tǒng)仿真技術發(fā)展現狀和趨勢工程系統(tǒng)的仿真，起源于自動控制技術領域。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)領域，并且在控制器和執(zhí)行機構兩個方向上飛速發(fā)展?？刂破鞯姆抡孳浖?，在研究控制策略、控制算法、控制系統(tǒng)的品質方面提供了強大的支持。隨著執(zhí)行機構技術的發(fā)展，機、電、液、熱、氣、磁等驅動技術的進步，以高可靠性、高精度、高反應速度和穩(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的支持，執(zhí)行機構技術的發(fā)展更加富于創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，而對于設計、制造和維護高性能執(zhí)行機構，以及構建

2、一個包括控制器和執(zhí)行機構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的工具。從根據用戶需求，提供液壓、機械、氣動等設計分析到復雜系統(tǒng)的全系統(tǒng)分析，到引領協同仿真技術的發(fā)展方向，AMESIM的發(fā)展軌跡和方向代表了工程系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展歷程和趨勢。一、系統(tǒng)仿真技術發(fā)展的現狀 工程系統(tǒng)仿真作為虛擬設計技術的一部分，與控制仿真、視景仿真、結構和流體計算仿真、多物理場以及虛擬布置和裝配維修等技術一起，在貫穿產品的設計、制造和運行維護改進乃至退役的全壽命周期技術活動中，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)仿真技術也就迅速地發(fā)展到了協

3、同仿真階段。其主要特征表現為：1、控制器和被控對象的聯合仿真：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)的聯合仿真：AMESIM機構動力學CFDTHERMAL電磁分析3、實時仿真技術實時仿真技術是由仿真軟件與仿真機等半實物仿真系統(tǒng)聯合實現的，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、集成進設計平臺現代研發(fā)制造單位，尤其是設計研發(fā)和制造一體化的大型單位，引進PDM/PLM系統(tǒng)已經成為信息化建設的潮流。在復雜的數據管理流程中，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、超越仿真技術本身工程師不必是精通數值算法和仿真

4、技術的專家，而只需要關注自己的專業(yè)對象，其他大量的模型建立、算法選擇和數據前后處理等工作都交給軟件自動完成。這一技術特點極大地提高了仿真的效率，降低了系統(tǒng)仿真技術的應用門檻，避免了因為不了解算法造成的仿真失敗。6、構建虛擬產品在通過建立虛擬產品進行開發(fā)和優(yōu)化過程中，關注以各種特征值為代表的系統(tǒng)性能，實現多方案的快速比較。二、系統(tǒng)仿真技術的發(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)設計的領域，專注于單一專業(yè)技術的深入發(fā)展。作為總體優(yōu)化的系統(tǒng)級設計分析工具，必要條件之一是跨專業(yè)多學科協同仿真。22、跟隨計算技術的發(fā)展 隨著計算技術在軟硬件方面的發(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、網格計算技術和高速計算系統(tǒng)等技術。23、平臺化 要求仿真工具能夠提供建模、運算、數據處理（包括二次開發(fā)后的集成和封裝）、數據傳遞等全部仿真工作流程要求的功能，并且通過數據流集成在更大的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間的協同工作以及數據的管理。24、整合和細分市場 整合化：將出現主流的標準工具。其特征是功能涵蓋了現代工業(yè)領域的主要系統(tǒng)仿真需求，并

6、與其他主流軟件工具通過接口或后臺關系數據庫級別的數據交互，有協同工作的能力；軟件自身的技術進展迅速，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，將出現極專業(yè)的工具。這些工具將在某些具體的專業(yè)領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，滿足特殊的行業(yè)標準。將出現整合型工具和專業(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，根據自身的需要，進行二次開發(fā)。這已經是目前許多研發(fā)單位開發(fā)專有技術的標準方式。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。這種技術將成為用戶在實現知識和技術組織內共享和傳承的同時，保護自身知識產權的必然選擇。早期的控制系統(tǒng)設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 經驗公式就可以十分容易地設計出來。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，加之在計算機領域取得了

8、迅速的發(fā)展，于是很自然地出現了控制系統(tǒng)的計算機輔助設計 (computer-aided control system design , CACSD)方法。控制系統(tǒng)的計算機輔助設計技術的發(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)領域在國際上最權威的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于CACSD的專刊。近三十年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，各類CACSD 軟件頻繁出現且種類繁多，MATLAB

9、語言出現以來，就深受控制領域學生和研究者的歡迎，已經成為控制界最流行、最有影響的通用計算機語言，成為控制界學者的首選。MATLAB 作為主要程序設計語言來介紹控制系統(tǒng)計算機輔助設計的算法，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)計算機輔助設計技術有較好的整體了解，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試系統(tǒng)，程序不必經過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現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、數據結構、輸入和輸出和面向對象編程特點。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域的重要原因。（3）強大的科學計算機數據處理能力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學運算函數，可以方便的實現用戶所需的各種計算功能。函數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的這些函數集包括從最簡單最基本的函數到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數。函數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、傅立葉變換和數據的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數的各種運算、三角函數和其他初等數學運算、多維數組操作以及建模動態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能 MATLAB自產生之日起就具有方便的數據可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現出來，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，使它不僅在一般數據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據的表現等），MATLAB同樣表現了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應的功能函數，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）應用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專

14、門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數據采集、數據庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經網絡、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、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+數學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉換為獨立于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網頁服務程序還容許在Web應用中使用自己的MATLAB數學和圖形程序。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