基于虚拟仪器技术的运行环境仿真系统的开发研究

　　前言

　　现代工业要面对激烈的市场竞争和环境保护方面政府的严格约束。针对这些挑战的主要策略是减少新产品的设计和测试时间，减少开发费用，减少产品投入市场的周期。解决这些问题的方法主要是在产品开发和过程设计过程中有效利用CAD/CAE/CAM技术。在两个最困扰机电产品设计和开发人员的主要问题中，第一是如何合理选择部件和子系统以满足系统需求，第二是如何在低成本条件下测试系统性能。仿真技术是解决这两个问题的答案。计算机仿真为在变条件和不同参数的情况下描述和分析系统行为提供了可能，同时可获得足够数量和质量的分析数据。它具有不需要实际工作环境，不需要复杂加载系统等许多优点。

　　过去，仿真技术的研究主要集中于仿真工具方面，而对于现代机电系统，则相对忽略了仿真模型的精度和功能准确度。不管仿真工具如何先进，不合适的仿真模型肯定会导致错误的仿真结果。这是现代仿真技术面对的重要问题。

　　美国国家仪器公司发布了一整套软、硬件工具用于建立测控应用，为仿真系统和仿真模型的开发提供了一个良好的基础。

　　运行环境仿真系统的研究首先集中于仿真模型，精确建立一个针对机电部件和系统的动态案例仿真模型库。这个动态仿真模型库具有三个优点：

　　它提供了一个基于案例推理技术的仿真模型分类结构，可以动态调整模型数据库结构以满足实际系统需求;

　　它具有测试仿真模型和真实系统匹配度的功能;

　　它具有一个系统辨识工具，可以从实际的实验结果中提取精确模型，并重构动态模型库。

　　这些优点可以有效解决以前静态模型库带给仿真实验的问题。运行环境仿真系统另一个关注的是建立硬件在环测试系统。以虚拟仪器技术为基础，这项工作变得更加容易。

　　运行环境仿真系统的结构和开发方法

　　运行环境仿真系统包含两个部分：一是动态案例模型库，二是硬件在环测试系统。具体结构见图1。

　　图1 运行环境仿真系统结构图

　　动态案例模型库主要包括几个模块：索引引擎、数学模型库、数据描述库、其他数据库、动态辨识模块、模型测试和评价模块。

　　硬件在环测试系统可以分为软件和硬件部分。软件部分主要是测控软件模块;硬件部分包括全部硬件系统，如PXI总线系统，PCI总线系统，Compact-RIO系统等。

　　动态案例模型库

　　动态案例模型库的开发主要以NI LabVIEW仿真模块、Matlab和其他仿真工具包为基础进行。动态案例模型库包含以下几个主要部分：案例模型库(索引引擎、数学模型库、数据描述库、其他数据库)，系统辨识软件模块，模型测试和评价模块，模型传输和修改模块。主要结构见图2。