联合仿真与多领域建模的比较

合集下载

基于Modelica的多领域建模与联合仿真

基于Modelica的多领域建模与联合仿真作者：赵建军,吴紫俊来源：《计算机辅助工程》2011年第01期摘要：为实现多领域建模仿真环境与其他仿真环境的联合仿真，提出基于Modelica多领域建模的联合仿真方案.该方案基于Modelica多领域模型的连接机制，通过Modelica模型与Simulink模块的转换机理，实现在S-Function联合仿真框架下的联合仿真.基于Modelica的多领域物理系统建模仿真工具MWorks与AMESim的联合仿真实例表明：该方法可扩大Modelica模型的应用范围，实现多领域建模仿真平台与其他仿真软件的协同.关键词：多领域建模；联合仿真； Modelica； Simulink中图分类号：TP391.9 文献标志码：Multi-domain modeling and co-simulation based on ModelicaZHAO Jianjun, WU Zijun（National CAD Support Software Engineering Research Center, Huazhong Universityof Science and Technology,Wuhan 430074, China）Abstract： To achieve the co-simulation of multi-domain modeling and simulation environment with other simulation environment, a co-simulation solution based on multi-domain modeling with Modelica is proposed. Based on the connection mechanism of multi-domain Modelica models, the co-simulation under S-Function co-simulation framework is implemented using the converting principle between Modelica models and Simulink modules. A co-simulation example between MWorks which is a multi-domain physical system modeling and simulation tool based on Modelica and AMESim indicates that the method can extend the application of Modelica models and achieve the collaborative work between multi-domain modeling and simulation tools and other simulation software.Key words： multi-domain modeling; co-simulation; Modelica; Simulink0 引言随着仿真技术在一些大规模、多领域问题中的深入应用，人们对仿真精度和规模的要求日益提高，仿真过程的复杂度急剧上升.单领域仿真环境支持大规模仿真已成为仿真的瓶颈，而采用多领域物理统一建模仿真和联合仿真技术［1］成为解决该问题的有效方法.多领域建模仿真技术是基于统一建模语言、被广泛接受的一种建模仿真方法.Modelica是目前盛行的多领域物理系统建模语言，主要基于方程的陈述式建模语言，采用数学方程描述物理规律和现象，通过微分代数方程系统实现仿真运行，具备模型重用性高、建模简单方便以及模型贴近实际物理系统等优点.［2］同样，联合仿真技术也可实现多领域复杂模型的仿真.将复杂物理模型按学科领域划分为多个单领域的模型，利用单学科的专业软件建立相应的单领域模型，通过单领域软件间的交互接口等方式实现数据交换和调用，完成复杂物理模型的仿真.目前，国际上已有基于Modelica的建模仿真工具，这些工具的基本单元是Modelica组件［3］，即各领域系统的基本元件.同时，联合仿真技术也被广泛研究和应用.(1）基于软件已有接口的联合仿真.现有仿真软件可通过其提供的接口导出仿真结果或者将模型转换为其他软件可读取的格式，在某个运行环境中实现不同仿真软件模型的联合仿真.该方式成本较低，已被广泛运用于工程中.(2）基于HLA/RTI框架的联合仿真［4］.该方式通过接口标准HLA(High Level Architecture)所规定的模型描述规范和接口规范，通过运行时间支撑(Run Time Infrastructure，RTI)系统，实现联邦成员间的通信.其核心是仿真管理服务，包括仿真联邦管理和TTI联邦管理.该框架是联合仿真的高层软件体系框架，现已被运用于模拟军事演习系统中.基于Modelica统一建模仿真技术可实现多领域间的无缝集成，实现多领域在同一平台下的建模仿真，该技术以其统一协同的理念已开始应用于工程中.单领域的仿真软件尽管在其领域范围内被广泛认同，且有深厚的积累，但只限于该专业领域内；而联合仿真技术可将Modelica技术与单领域仿真软件的优势进行集成，实现优势互补.本文围绕联合仿真技术，以基于Modelica的多领域物理系统建模仿真工具和液压专业优势软件AMESim的联合仿真为例，说明利用Modelica工具的多领域优势和AMESim的液压领域优势进行建模和仿真的方法，探讨利用多领域物理建模软件和专业优势软件进行联合仿真的方法，详细分析基于软件接口的建模软件的联合仿真方法，为基于Modelica技术的多领域仿真系统与其他仿真系统的联合建模和仿真提供技术框架.1 联合仿真接口Modelica模型采用数学方程描述不同领域子系统的物理规律和现象，根据物理系统的拓扑结构，基于语言内在的组件联接机制，实现模型构成和多领域集成［5］，即Modelica模型是面向对象的数学模型，其基于物理系统数学表示的内在一致性，支持在一个模型中包含多个领域的模型组件，实现多领域建模.模型主要依赖其连接器进行联合仿真.［6］连接器是Modelica中约束类connector的实例，通常作为模型组件的类成员充当模型组件与外界的接口或端口.图1中的Pin是Modelica中电气组件的连接器类,其Modelica代码为只能在组件之间的同类连接器之间建立连接，通过方程实现，说明Modelica支持非因果连接.图2是3个Pin实例的连接及Modelica代码与等效方程.模型或组件之间借助连接器连接，实现不同模型或组件之间的数据交换.在Modelica模型的联合仿真过程中，Modelica模型也可使用连接器实现与其他模型的通信.图3表明Modelica 模型与连接器的关系，可使用Modelica模型的连接器定义模型的输入和输出，通过连接器通信实现Modelica模型与其他模型的数据交换.图 3 Modelica模型与连接器的关系Fig.3 Relationship between Modelica modeland its connectorAMESim提供与Excel，Matlab，Simulink和MSC Adams等软件的接口，这些接口均可将AMESim模型转换为对应仿真平台可读取的格式，使模型能在其他平台中求解.在仿真求解前，模型均需编译.在编译模型时，会生成该模型的C代码，其中包含模型的相关信息，可被仿真平台读取.为使该模型可被其他仿真平台使用，实现与其他仿真环境模型的联合仿真，可将该模型的C代码转换为其他仿真平台可读取的格式，或直接在该模型编译时控制编译的生成结果，直接生成能被其他平台读取的格式.AMESim本身提供与Simulink的接口，可将其自身模型转换为S-Function块；而Modelica 模型也可在编译时控制其生成该模型的S-Function块，从而实现Modelica多领域模型与其他仿真环境模型的联合仿真.2 联合仿真环境AMESim 模型经过编译和参数设置等生成供Simulink 使用的S-Function后, 在Simulink 环境中，利用AMESim的接口将建好的包含其他Simulink 模块的AMESim模型当作一个普通的S 函数添加到系统的Simulink 模型中，实现AMESim 与Simulink 的联合建模和仿真.AMESim可将模型转换为Simulink的模块.只需将Modelica多领域模型转换为Simulink模块，即可实现AMESim模型与Modelica模型的数据交换，从而在Simulink环境中实现Modelica工具与AMESim的联合仿真.联合仿真方案见图4.转换后，模型均为S-Function，在Simulink中的仿真流程见图5.在进行Modelica多领域模型转换时，采用Simulink的C代码S-function机制，将Modelica模型转换为Simulink块，转换后的Modelica模型必须符合Simulink块的数学模型定义，即满足如图6所示的数学关系.在Simulink中，将创建的Modelica多领域模型作为自定义块加入到“Simulink Library Browser”中，通过设置该自定义块的Mask和回调函数，实现块的参数设置和块仿真时状态的控制图 5 仿真流程Fig.5 Simulation process3 联合仿真实例液压机械模型是由液压、机械及控制等3部分组成的复杂系统.建模时，将系统拆分为机械和液压部分2个子模型，在MWorks中建立机械部分子模型，在AMESim中建立液压部分子模型，将建好的模型放到统一的运行环境中进行联合仿真.通过使用不同软件建立系统子模型的方法，验证多领域软件与其他软件联合仿真的可行性.根据所需的机械模型，在MWorks中直接拖拉Modelica模型库中的组件，合理设置各个组件参数，然后使用连接工具连接各个组件的连接器，组成完整的多领域模型系统.在建模过程中，为实现Modelica模型与其他软件模型的联合仿真，即实现Modelica模型与其他软件建立的模型之间的数据交换，需对Modelica模型进行数据接口的定义，见图7.在Modelica模型中定义1个输入接口、4个输出接口，见表1.输入接口接收外部数据，输出接口将Modelica模型中计算的数据输出到其他软件模型中，采用MWorks机械转动库中角速度传感器采集的4个转子的角速度数据，在联合仿真时通过这些接口与其他模型交换数据.如果在Modelica中没有定义数据交换接口，则在联合仿真时不能与其他模型进行数据交换，即不能进行联合仿真.因此，在建模过程中应根据系统模型的需要定义完整的Modelica模型数据交换接口.Modelica多领域模型完成后，需建立联合仿真系统的液压模型.在AMESim中直接调用各种液压元件模块，合理设置各元件的参数，也可利用HCD 库中的模型搭建所需的元件，然后将各元件连接成完整的液压回路.［7］建模时按实际系统在模型库中选取元件并进行油路连接，然后设置模型参数.一般可选择CoSim接口实现联合仿真，图8为联合仿真的AMESim 液压模型.在联合仿真的液压模型中需设计合理的数据交换接口，实现液压模型数据的输入输出.表2为液压模型联合仿真的接口.由图8可知，模型输出液压马达的转角数据，同时需其他模型输入对其输入阀的控制信号.在进行联合仿真前，需对AMESim模型进行编译.此时，可将定义完整的数据交换接口的液压与机械模型转化为S-Function模块，在Simulink环境中实现联合仿真.将MWorks的Modelica机械模型和AMESim的液压模型导入到Simulink中，并将液压模型的iname接口与机械模型的m_in接口连接，根据需要还可使用Simulink中的信号模块对联合仿真模型提供信号的输入.其MWorks的Modelica多领域模型与AMESim液压模型的联合仿真模型见图9.液压模型输出的马达转角为Modelica模型的转角输入.在此联合仿真模型中，可使用Simulink中的工具对AMESim模型进行反馈控制.在仿真时，AMESim模型与MWorks模型分别使用各自的求解器求解，仅通过接口交换数据.图 8 联合仿真的AMESim液压模型上述联合仿真模型包含2部分：AMESim液压模型与MWorks的Modelica多领域模型，还包含有Simulink的电源和示波器模块.联合仿真模型的输入是Simulink中的正弦波信号，同时该信号也是液压模型输入信号，控制液压模型的电磁换向阀.联合仿真模型输出机械模型4个转子的转角速度.在联合仿真模型中，液压模型的输出（即液压马达的转角速度）是机械模型的输入.在仿真时，联合仿真模型按相同的步长调用各自的求解器进行仿真.在每个步长中，液压模型的输出均输出给机械模型进行数据交换，在开始仿真时，随着液压模型输入正弦信号的增强，换向阀P-B的油路开口逐渐变大，进而流量增大，使得液压马达反向转速逐渐增大，见图10；当输入的正弦信号减小时，P-B油路开口减小，马达的转速减小，逐渐趋于0.当输入的正弦信号小于0时，马达正向加速旋转，此时当正弦信号趋于0时，马达正向减速旋转.机械模型接收到液压模型的输入时，其左边2个转轴(J1和J2)立即开始转动，而第2个转轴(J2)前有正弦刹车信号，则给转轴的角速度从0开始增大.后2个转轴(J3和J4)的刹车信号为阶跃信号，其阶跃信号的触发时间为1 s和2 s，则这2个转轴在和2 s时开始转动，见图11.因此，MWorks与AMESim的联合仿真可行，进而表明基于Simulink的S-Function机制的Modelica多领域模型与其他仿真环境模型的联合仿真可行.4 结束语针对多领域仿真软件和专业优势仿真软件各自的优势，分别介绍Modelica模型和AMESim模型与Simulink的接口技术，着重研究Modelica工具与AMESim间的联合策略.在此基础上，提出基于-的Modelica模型与其他仿真软件模型的联合建模仿真技术框架，同时进行验证.这种联合仿真建模技术框架充分发挥多领域统一建模技术和联合仿真技术的优势，适合多领域模型与其他单领域模型复杂系统的联合仿真.参考文献：［1］-A unified object-oriented language for system modeling and simulation［C］// ERIC H Proc 12th European Conf on Object-oriented Programming, Brussels: Springer-Verlag, 1998: 67-90.［2］袁平鹏陈青茶, 圹坪, 等. 基于网格的联合仿真平台［J］. 华中科技大学学报:自然科学版, 2007, 35(S2): 1-3.simulation platform［J］. J Huazhong Univ of Sci & Technol: Nat Sci, 2007, 35(S2)： 1-3.［3］吴义忠刘敏, 陈立平. 多领域物理系统混合建模平台开发［J］. 计算机辅助设计与图形学学报, 2006, 18(1): 120-124.multi-domain physical system［J］. J Computer-Aided Des & Comput Graphics, 2006, 18(1): 120-124.［4］曹琦何中市, 余磊, 等. 基于 HLA/RTI 的联合仿真建模技术框架［J］. 系统仿真学报-2924.simulation based on HLA/RTI［J］-2924.［5］赵建军丁建完, 周凡利, 等. Modelica语言及其多领域统一建模与仿真机理［J］. 系统仿真学报, 2006, 18(2): 570-573.multi-domain unified modeling and simulation［J］. J Syst Simulation, 2006, 18(2): 570-573.［6］丁建完陈立平, 周凡利, 等. 复杂陈述式仿真模型的相容性分析［J］. 软件学报, 2005, 16(11): 1869-1875.declarative simulation models［J］. J Software, 2005, 16(11): 1869-1875.［7］in MWorks: a platform for modeling and simulation of multi-domain physical systems based on Modelica［C］ // The Modelica Association. Proc 5th Int Modelica Conf, Vienna, Austria, 2006:733-740.(编辑于杰。

联合建模的思想和实现

联合建模的思想和实现在现代工程设计过程中，大多数的系统都涉及到多个不同领域的技术和知识。

因此，为了更好地将这些不同领域的技术和知识集成在一起，联合建模技术应运而生。

联合建模是一种综合应用不同领域的建模技术，它将系统中的不同部分和元素整合在一起，以协调彼此之间的关系，从而开展综合分析和仿真工作。

联合建模的思想联合建模的主要思想是将不同领域的建模方法和技术综合在一起，建立一个尽可能贴近实际的模型。

这个模型能够包含系统中所有的关键特性和组成部分，从而使得系统的不同方面可以同时被考虑。

联合建模技术具有高度的灵活性和可扩展性，可以根据具体的需要进行定制。

联合建模的实现联合建模需要具备一些关键组成部分，其中最核心的是模型。

联合模型应该可以描述系统的各种不同方面和元素，包括机械、电气、液压以及控制等。

为了更好地实现联合建模，需要使用一些常见的工具和软件，如MATLAB、Simulink、LabVIEW，甚至是工业界的专用软件工具，比如SolidWorks、CATIA、NX等。

这些工具可以用来构建和维护联合模型，提供可视化和仿真功能以及数据分析工作。

除了模型之外，联合建模中还需要考虑以下方面的实现：1. 模型集成：在联合建模的过程中需要将所有相关领域的模型集成到一个整体中，实现模型的一致性和协调性。

2. 数据共享：对于大数据模型建模，需要考虑如何有效地共享不同数据之间的相关性，以便于系统的分析和设计工作。

3. 模型更新：需要定期更新联合模型以保证其信息和准确性，并对其进行测试和验证。

4. 实时联动：联合建模需要实现各个模型之间的实时联动，以便于及时检测和处理可能出现的问题或异常情况。

结语联合建模是一种综合多个不同领域的建模技术，具有高度的可扩展性和灵活性。

通过联合建模可以将系统的各种不同方面整合在一起，并实现对系统进行综合分析以及仿真。

联合建模包括模型集成、数据共享、模型更新和实时联动等方面，需要使用多种工具和技术进行实现。

多领域建模理论与方法

XXX理工大学CHANGSHA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY&TECHNOLGY题目：多领域建模理论与方法学院： XXX学生： XXX学号: XXX指导教师： XXX2015年7月2日多领域建模理论和方法The theories and methods of Multi-domain ModelingStudent:XXX Teacher:XXX摘要建模理论和方法是推动仿真技术进步和发展的重要因素，也是系统仿真可持续发展的基础[1]文中综述了多领域建模主要采用的四种方法，并重点对基于云制造的多领域建模和仿真进行了叙述，并对其发展进行了展望。

关键词：多领域建模仿真；云制造；展望Abstract：The theory and method of system model building is not only the key factor to stimulate the development and improvement of simulation technique but also the base of system simulation. This paper analysis four prevails way in Multi-domain Modeling, especially to the Multi-domain Modeling and Simulation in cloud manufacturing environment. We give a detail on its development and future.Keywords: Multi-domain Modeling and simulation; Cloud manufacturing; Future development一引言随着科学技术的发展进步和产品的升级需求，对产品提出了更高的要求，使得建模对象的组成更加复杂，涉及到各个学科、进程的复杂性以及设计方法的多元化。

系统级多学科建模和联合仿真.doc

系统级多学科建模和联合仿真系统级多学科建模和联合仿真1。

概述1.1。

在技术和市场发展的驱动下，数字建模和仿真在产品功能上变得越来越复杂。

用分析方法分析产品越来越困难。

另一方面，通过实验方法研究产品需要一个物理原型。

对于这种方法，一方面，它需要更多的投资和更长的时间周期；另一方面，当发现原型在某些功能和性能方面不能满足需求时，进行更改的成本非常高。

即使这些问题能够得到解决，实验方法仍然会面临许多问题，如在一定的工作条件下实验的危险性和破坏性、实验环境的不一致性、实验结果的离散性等。

在这种情况下，基于计算机技术，借助专业软件，通过数字建模和仿真对产品方案进行验证和优化，可以显著缩短研发周期，降低研发成本，提高产品质量，提高产品的市场竞争力。

1.2 .系统级建模随着产品组成和功能的复杂性，零件之间的耦合关系越来越紧密。

当产品的每个组件被独立建模时，需要建立其边界条件。

然而，由于这部分与其他部分之间复杂的耦合关系以及其他部分的外部特性的复杂性，很难用简单的函数关系来描述边界条件，但需要进行详细的建模，等等。

对于产品的数字分析，需要系统级建模。

另一方面，当前产品的大部分功能需要各部分之间的紧密合作来实现，这自然导致了系统级建模的必要性。

以飞机机电系统的机电一体化为例，在机电一体化的背景下，燃油、环境控制、液压和电气系统之间的管理在功能、能量、控制和物理方面越来越紧密。

例如，在集成的能量管理系统中，为了达到高效利用能量的目的，环境控制、燃油、润滑油、液压、电气、发动机和其他系统协同工作，如图1所示。

在多电飞机结构中，需要物理样机通过供应和测试方法来研究产品。

对于这种方法，一方面，它需要更多的投资和更长的时间周期；另一方面，当发现原型在某些功能和性能方面不能满足要求时，修改的成本非常高。

基于Modelica的多领域建模与联合仿真

０引言
随着仿真技术在一些大规模、多领域问题中的深入应用，人们对仿真精度和规模的要求日益提高，
仿真过程的复杂度急剧上升．单领域仿真环境支持
Ｓ－ｎｔｏＯｓｍｕａｉｎｒｍｅｒｉｉｅｎｅｕｉｇｈｃｎｅｎｐｉｉｌｂｔｅＭｏｅｉａＦｕｃｉｎＣ — ｉｌｔｏｆａｗｏｋｓｍｐｌｍｅｔｄｓｎｔｅｏｖ￣ｉｇｒｎｃｐｅｅｗｅｎｄｌｃ
多领域建模仿真平台与其他仿真软件的协同．
关键词：多领域建模；联合仿真；ｄｌａＳｍｕｎＭｏｅｃ；ｉｌｋｉｉ中图分类号：Ｐ９．Ｔ３１９文献标志码：Ａ
ＭｕｌｉｄｍａｎｍｏｅｉｎＯ－ｉｕａｉｎｂａｅｎＭｏｅｉａｔ－ｏ－ｉｄｌｎｇａｄＣ — ｍｌｔｏｓｄｏｓｄｌｃ
ｓｍｕａｉｎｎｉｏｍｅ．ａｏｓｍｕａｉｎｏｕｉｎａｅｏｍｕｔ．ｏｉｍｏｅｉｇｉｌｔｏｅｖｒｎｎｔｃ．ｉｌｔｏｓｌｔｏｂｓｄｎｌｄｍａｎｉｄｌｗｉｈｎｔＭｏｅｉａＳｄｌｉｃｐｏｏｅｒｐｓｄ．Ｂａｅｎｔｅｃｎｅｔｏｃａｉｍｆｍｕｔ．ｏｉｏｅｉａｍｏｌｓｄｏｈｏｎｃｉｎｍｅｈｎｓｏｌｉｄｍａｎＭｄｌｄｅｓ．ｔｅＣ —ｉｌｔｎｕｄｒｃｈＯｓｍｕａｉｎｅｏ

Modelica语言及其多领域统一建模与仿真机理1

１．２组件连接机制
Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言提供了功能强大的软件组件模型，其具有与硬件组件系统同等的灵活性和重用性。Ｍｏｄｅｌｉｃａ的软件组件模型主要包含三个概念：组件、连接机制和组件构架。组件通过连接机制进行交互连接。组件构架实现组件和连接，确保由连接维持的约束和通讯工作稳定可靠。
在Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言中，组件的接口称作连接器，建立在组件连接器上的耦合关系称作连接。如果连接表达的是因果耦合关系，则称其为因果连接。如果连接表达的是非因果耦合关系，则称其为非因果连接。
引言
耦合关系。基于统一建模语言的方法对来自不同领域的系统构件
随着建模技术和数值技术的发展，数学建模与仿真在产
采用统一方式进行描述，彻底实现了不同领域模型之间的无
品设计中的作用越来越重要，已经成为测试和分析产品技术
缝集成和数据交换。Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言［２－５１是目前盛行的一种多
性能的一项重要手段。然而，随着产品复杂度的不断提高，
ｃｏｎｎｅｃｔｏｒＰｉｎＲｅａｌｖ；ｆｌｏｗＲｅａｌｆ；ｅｎｄＰｉｎ；
Ｍｏｄｅｌｉｃａ连接必须建立在相同类型的两个连接器之上，表达组件之间的耦合关系。这种耦合关系在语义上通过方程实现。故Ｍｏｄｅｌｉｃａ连接在模型编译时会转化为方程。具体来说，流变量之间的耦合关系由“和零”形式的方程表示，即连接交汇点的流变量之和为零。势变量之间的耦合关系由 “等值”形式的方程表示，即连接交汇点的势变量值相等。
第１８卷增刊２２００６年８月
系统仿真学报＠ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｖ０１．１８Ｓｕｐｐｌ．２Ａｕｇ．，２００６
Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言及其多领域统一建模与仿真机理
赵建军，丁建完，周凡利，陈立平

simscape 介绍

simscape 介绍Simscape是一种功能强大的物理建模和仿真工具，它是MATLAB和Simulink软件套件中的一个重要组成部分。

通过Simscape，用户可以使用物理模型来描述和模拟各种系统，包括机械、电气、热力学、流体力学等。

Simscape的一个重要特点是其基于物理模型的建模方法。

传统的仿真工具主要基于方程，而Simscape基于物理原理。

用户可以通过选择和连接不同的物理组件来构建系统模型，这些组件包括质量、弹簧、阻尼器、电感、电容、电阻等。

用户只需关注系统的物理特性和组件之间的相互作用，而无需编写复杂的方程。

这种基于物理模型的建模方法使得系统的建模和仿真变得更加直观和易于理解。

Simscape还提供了丰富的组件库，涵盖了各种各样的物理系统。

用户可以根据自己的需要选择适当的组件来构建系统模型。

例如，在机械系统中，可以使用质量、弹簧和阻尼器等组件来描述物体的运动行为；在电气系统中，可以使用电感、电容和电阻等组件来描述电路的行为。

这些组件具有不同的参数和特性，用户可以根据实际情况进行设置和调整。

Simscape还支持多领域的联合仿真。

用户可以将不同领域的物理模型连接在一起，实现多领域物理系统的仿真。

例如，可以将机械系统和电气系统连接在一起，实现电动机的仿真，或者将热力学系统和流体力学系统连接在一起，实现热交换器的仿真。

这种多领域的联合仿真使得用户可以更加全面地分析系统的行为和性能。

除了建模和仿真功能，Simscape还提供了丰富的分析工具。

用户可以通过Simscape的分析工具来分析系统的稳态和动态响应，评估系统的性能和稳定性。

Simscape还支持参数优化和系统优化，用户可以通过调整模型参数来优化系统的性能。

Simscape的应用范围非常广泛。

它可以应用于各种工程领域，如机械工程、电气工程、热力学、流体力学等。

例如，在机械工程中，可以使用Simscape来建模和仿真机械系统的运动行为和性能；在电气工程中，可以使用Simscape来建模和仿真电路的行为和性能；在热力学中，可以使用Simscape来建模和仿真热交换器的传热过程；在流体力学中，可以使用Simscape来建模和仿真流体管道的流动行为。

面向复杂系统工程的多学科统一建模与联合仿真技术研究与应用实践

面向复杂系统工程的多学科统一建模与联合仿真技术研究与应用实践作者：暂无来源：《智能制造》 2017年第5期航空工业信息技术中心（金航数码）郄永军多学科联合仿真技术应用工程背景航空产品是涉及机械、电子、电气、控制、液压及软件等多学科, 可靠性、维修性和保障性等多专业工程要求的复杂系统，其开发模式正经历从基于文档向基于模型的范式转移。

建立以基于模型的系统工程方法论为指导、以功能/性能样机为载体，贯穿需求、功能、逻辑与物理构建模型在环、软件在环、硬件在环及人员在环的数字化综合仿真环境，开展多学科统一建模与联合仿真，实现功能/ 性能需求在开发早期阶段的验证与确认，基于数学模型（虚拟样机）开展复杂系统架构与方案的设计、权衡与分析优化，缩短设计迭代周期，提升开发质量，已成为国际航空航天和防务领域复杂系统开发的主流趋势。

当前，基于Modelica 语言的系统仿真技术已在达索航空、德宇航和空客得以工程应用，通过构建由功能样机、性能样机和几何样机组成的数字样机，可实现在虚拟空间下开展虚拟试验/ 试飞，极大的降低物理试验/ 试飞的周期与成本。

多学科联合仿真技术演进历程系统级多学科联合仿真主要应用于系统架构与方案权衡、功能分配、接口定义、子系统参数优化、功能/ 性能早期验证和确认等领域，涉及多学科的系统仿真技术主要经历了如下发展历程。

（1）基于接口的多学科建模与仿真技术：该方法是由各学科相应的商用仿真软件提供或开发相应的接口。

其完全依赖商用软件之间的一对一接口，这些接口往往为某些商业公司所私有，不具有标准性和开放性。

（2）基于高层体系结构（HLA）：该方法克服了基于接口的诸多缺陷，较好地实现了多学科建模与仿真，但要求建模人员必须先熟悉HLA/RTI 的各种服务协议，再编制相应的程序代码，并且需要人为的割裂不同学科子系统之间的耦合关系，实质上是一种子系统层次上的集成方法。

（3）基于统一建模语言的多学科系统仿真技术：该方法具有与学科无关的通用模型描述能力，任何学科均可实现统一建模。

多学科联合仿真讲解

5
多学科联合仿真的发展趋势
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
2.1 多学科联合仿真的方法
联合式：其数据交换原理就是两个不同的仿真工具之间通过TCP/IP等方式实现数据交换。
Application #1
TCP/IP Mpcci
Application #2
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
转换，提高模型导入精度
促进分析人员之间、设计与分析
6 之间的交流和协作；疏通设计— —分析流程；方便应用设计人员的数据模型
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
多学科仿真发展趋势
7
定制仿真分析流程，制定企业仿真分析规范；
8
仿真分析流程运行方式灵活，可重复性好，实现仿真分析的自动化
机电工程与自动化学院
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
1.3 多学科联合仿真的要求
具备各子系统和各学科领域的高效集成仿真工具。能够实现各仿真工具之间的无缝集成和数据交换，在
同一构架下实现模型整合。具有仿真数据和交流管理的平台，实现各学科领域的
真正联合。
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
机电工程与自动化学院
计算机辅助设计制造专题
1挖掘机联合仿真的简介
通过AMEsim(多学科领域复杂系统建模仿真平台)ADAMS(机械系统动力学软件)之间的接口,设计挖掘机的机械系统和液压系统联合的虚拟样机,使二者在协同仿真中工作.
在挖掘机中,所谓的联合仿真就是在虚拟仿真过程中机械系统和液压系统将有关的状态参数相互传递,引用,产生类似于实际挖掘机工作装置中两个系统的有机关联:机械系统模型中的驱动力大小引

美军大型仿真系统管窥

美军大型仿真系统管窥在21 世纪，战争思想、战争方式和战争手段和以往相比都发生了日新月异的变化，军用仿真技术作为系统仿真技术的重要分支，受到了世界各国的高度重视。

近年来，军用仿真技术的发展尤为迅猛，主要表现为：武器系统的仿真已经从武器系统研制的局部阶段仿真发展到全生命周期仿真；多武器平台体系对抗仿真已经成为武器装备发展规划及计划制订的依据；体系对抗仿真已成为打赢高技术条件下局部战争的战法研究及大规模部队训练必不可少的手段。

美国国防部一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术，一个多世纪以来，美国人建立了世界上最完备的作战仿真体系，为军事理论真正步人科学殿堂做出了贡献。

早在1983 年，美国国防部高级研究计划署（DARPA ）与陆军共同制订了仿真组网计划。

该计划的目标是将分散在各地的坦克仿真器用计算机网络连接起来，进行各种复杂作战任务的训练和演习。

后来，为了增加联网仿真器的数量，大幅度提高联合仿真能力，美国开始开发先进分布仿真技术，建立了一套基础的、起支持性作用的标准规范，并于1989 年逐步发展成异构型网络互连的分布式交互仿真。

随着DIS 应用领域的拓展及作战需求的增长，美军于1990 年又提出了聚合级仿真（ALSP ）的概念，并于1992 年开发出第一个投入使用的协议与相关支撑系统，支持该年度美、德、日、韩的军事演习。

1992 年5 月，美国国防部提出了“国防建模与仿真倡议”，要求在全新的结构、方法和先进的技术基础上，建立一个广泛的、高性能的、一体化的、分布的国防建模与仿真综合环境。

根据这个倡议，美国国防部于1995 年10 月公布了国防部建模与仿真主计划，决定建立一个通用的仿真技术框架以保证国防部范围内的各种仿真应用之间的互操作性，其技术框架的核心是高层体系结构( HIA 户。

HLA 充分吸收了DIS 和ALSP 的长处，用于对仿真系统进行集成。

HLA 在1998年8 月完成了基础定义，随后被北约各国采纳，2006年9 月被IEEE 接受为标准。

机电一体化系统集成的研究与研制

机电一体化系统集成的研究与研制随着科技的快速发展，机电一体化系统集成已成为现代工业领域中的热门话题。

机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起，以实现系统整体最优的一门综合技术。

它在提高生产效率、降低能耗、提高产品品质等方面具有重要作用。

本文将从机电一体化系统集成的概念、研究现状、研究方法以及结论等方面进行深入探讨。

机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起的一门综合技术。

它通过对多个领域的知识进行有机融合，以实现系统整体的最优为目标，推动了现代工业的不断发展。

目前，国内外针对机电一体化系统集成的研究主要集中在系统设计、模块组合、信息融合等方面。

其中，系统设计要求在满足功能需求的基础上尽可能地降低成本、提高可靠性；模块组合则需要根据系统整体最优原则进行选型和搭配；信息融合则主要应用在提高系统智能化水平、减少对人工干预的依赖等方面。

在系统设计方面，研究者们致力于优化系统结构、提高系统性能和降低成本。

例如，采用新型的传动机构、优化机械零部件的设计以提高系统的传动效率和减小体积。

在模块组合方面，研究者们于如何根据系统的需求，选择合适的模块进行搭配，以实现系统的最优性能。

同时，在信息融合方面，研究者们借助人工智能和计算机视觉等技术，对系统进行智能控制和提高系统的自动化水平。

针对机电一体化系统集成的研究，目前主要采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法。

其中，理论分析可以帮助我们更好地理解系统的结构和功能原理，而数值模拟和实验研究则可用来进行具体的设计和优化。

具体来说，研究者们首先通过对系统进行理论分析，建立相应的数学模型，以便更好地了解系统的性能和特点；接着，利用数值模拟方法对系统进行仿真分析，找出系统可能存在的问题并进行优化；通过实验研究对系统进行实际测试，验证系统的性能和可靠性。

本文通过对机电一体化系统集成的研究和研制，得出以下机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起的一门综合技术，具有实现系统整体最优的重要作用；目前，国内外针对机电一体化系统集成的研究主要集中在系统设计、模块组合、信息融合等方面，其中系统设计要求在满足功能需求的基础上尽可能地降低成本、提高可靠性，模块组合则需要根据系统整体最优原则进行选型和搭配，信息融合则主要应用在提高系统智能化水平、减少对人工干预的依赖等方面；针对机电一体化系统集成的研究，目前主要采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，其中理论分析可以帮助我们更好地理解系统的结构和功能原理，而数值模拟和实验研究则可用来进行具体的设计和优化；通过对机电一体化系统集成的研究和研制，可以为今后机电一体化系统集成的发展提供一些参考意见。

多领域多尺度融合建模

多领域多尺度融合建模
“多领域多尺度融合建模”是指在建模过程中融合多个领域和多个尺度的数据和知识，以更全面、准确地描述所研究对象的特性和行为。

这种建模方法在科学研究和工程实践中有着重要的应用，能够提高模型的预测能力和解释能力，为复杂系统的分析和优化提供有力的支持。

在过去的研究中，建模往往局限于单一领域或单一尺度的数据和知识，这导致模型的描述能力有限，很难对复杂系统进行全面的分析。

例如，对于气候系统的模拟，传统的气候模型往往只考虑大气层的物理过程，而忽略了海洋、陆地和冰雪等其他领域的影响，导致模拟结果的准确性受到了很大的限制。

而“多领域多尺度融合建模”则能够克服这些局限，通过整合不同领域和尺度的数据和知识，构建更为全面和精细的模型。

这种建模方法可以利用地球系统模型，将大气圈、海洋圈、陆地圈和冰雪圈等不同领域的过程耦合起来，形成一个统一的系统，从而更加准确地描述气候系统的特性和演变。

此外，对于复杂系统的建模往往需要考虑多个尺度的因素。

例如，在材料科学中，对于材料的力学性能研究，需要同时考虑材料的微观结构和宏观特性。

传统的力学模型往往只考虑了材料的宏观行为，而忽略了材料的微观结构对其力学性能的影响。

而“多领域多尺度融合建模”则可以将不同尺度的模型相互耦合，从而更加全面地描述材料的力学性能。

综上所述，“多领域多尺度融合建模”是一种能够提高模型描述能力的重要方法，能够应用于各种复杂系统的分析和优化。

通过整合不同领域和尺度的数据和知识，构建更为全面和精细的模型，我们可以更好地理解和预测复杂系统的行为，为科学研究和工程实践提供更为可靠的支持。

1 产品建模方法通常有哪几种

1 产品建模方法通常有哪几种？举例说明三种以上的建模语言！简单描述！（1）机理分析法.从产品的基本定律及系统的物理结构出发从而得到建模模型。

（2）仿真法。

通过计算机对产品进行仿真模拟，得出一定规律的建模方法。

（3）数据分析法。

通过对产品的数据进行分析研究从而得到理论建模模型的方法.(4)基础建模，二维建模，复合对象建模。

UML基础: 统一建模语言回顾20世纪晚期--准确地说是1997年，OMG组织（Object Management Group对象管理组织）发布了统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）。

UML的目标之一就是为开发团队提供标准通用的设计语言来开发和构建计算机应用。

UML提出了一套IT 专业人员期待多年的统一的标准建模符号。

通过使用UML，这些人员能够阅读和交流系统架构和设计规划--就像建筑工人多年来所使用的建筑设计图一样AML:一种面向需求的多Agent建模语言定义一种多Agent系统建模语言AML.该语言基于议会制的多Agent协同构架,融合多种先进方法,采用目标分解的方式从需求获取、系统分析到最后的系统设计,共涉及8种模型:用例模型、目标模型、组织模型、角色模型(任务模型)、交互模型、本体模型、Agent类模型(包括Agent结构模型)、系统配置模型.该语言还给出构造不同模型的工作流,以及不同模型之间相互关联的方式.为了和UML保持一致,AML采用与UML一致的符号系统,对于需要扩展的部分,制定专门的符号来表示.为了验证AML的可行性,在开发一个AML的支撑环境AML-Tools的同时,使用该语言描述一个实例--智能仓库系统的设计和实现.虚拟原型建模语言VPML现有的模型描述语言难以满足基于虚拟原型的概念设计中产品模型描述的需求.基于扩充连接图思想,以基于虚拟原型的概念设计产品描述模型V-desModel为核心,提出了一种虚拟原型建模语言VPML,VPML是一种独立于领域与过程的面向机电产品概念设计的虚拟原型模型描述语言,具有较强的几何和行为建模能力,为多领域系统在概念设计阶段的协同设计、并行设计及联合仿真过程提供一致的模型描述.VPML模型内嵌的虚拟特征生成算法,使得在概念设计阶段建立真实感很强的产品虚拟原型时设计信息不完备问题得到有效解决.2 产品主生命周期不同阶段的建模特点是什么？1)产品的开发设计阶段（介绍期）。

一种多fmu模型联合仿真推进方法及系统

一种多 FMU 模型联合仿真推进方法及系统本文介绍了一种多 FMU 模型联合仿真的推进方法及系统，该方法基于功能样机接口规范，通过 Simulink 模型转换为 Modelica 模型，并在 Modelica 仿真平台上调用 FMU 接口实现多领域建模仿真。

1. 背景介绍多领域建模仿真是指在不同领域（如机械、电气、控制等）之间进行模型交流和联合仿真，以实现复杂的系统设计和优化。

在这种情况下，不同领域的模型需要通过某种方式进行交互和连接。

FMU （Functional Mock-up Unit）是一种被广泛使用的功能样机接口规范，它定义了模型之间的接口和数据交换格式，使得不同的模型可以在同一个仿真平台上进行联合仿真。

2. Simulink 转 Modelica 模型Simulink 是 Matlab 中的一种图形化仿真工具，广泛应用于控制系统设计和信号处理等领域。

Modelica 是一种基于方程的仿真语言，适用于多领域建模和仿真。

为了实现多领域建模仿真，需要将Simulink 模型转换为 Modelica 模型。

转换过程包括模型结构的转换和模型参数的映射。

通过这种方式，可以将 Simulink 模型中的方程和数据传递给 Modelica 模型，以便在 Modelica 仿真平台上进行联合仿真。

3. FMU 接口调用在 Modelica 仿真平台上，可以通过调用 FMU 接口实现不同模型之间的数据交换和控制。

FMU 接口提供了一组标准的数据结构和函数，用于在模型之间传递和处理数据。

调用 FMU 接口需要指定 FMU 类型和 FMU ID，不同类型的 FMU 适用于不同的数据交换场景。

通过在 Modelica 模型中嵌入 FMU 接口，可以实现与 Simulink 模型的联合仿真，从而实现多领域建模仿真。

4. 系统实现本发明提出了一种多 FMU 模型联合仿真的推进方法及系统，该系统包括以下组件：Simulink 模型转换组件、Modelica 模型构建组件、FMU 接口调用组件和仿真控制组件。

多方法联合的建模法

多方法联合的建模法嘿，朋友们！今天咱来聊聊多方法联合的建模法呀。

你说建模就像搭积木，得用各种不同形状、大小的积木块来拼凑出一个独特的造型。

多方法联合的建模法也是这样，把各种不同的方法都拿来，一块儿一块儿地往上堆。

比如说，咱可以把统计方法当成一块结实的积木，它能给模型打下坚实的基础。

就好像盖房子得先有稳固的地基一样。

而机器学习方法呢，就像是那些奇形怪状却又特别有意思的积木，能给模型增添很多新奇的元素和可能性。

然后还有什么呢？还有数据挖掘呀！这就像是在一堆积木里淘宝，找出那些隐藏的宝贝，让模型变得更加丰富多彩。

咱想想，要是只用一种方法，那不就像只用一种颜色画画，多单调啊！可要是把多种方法结合起来，哇，那画面一下子就变得五彩斑斓了。

多方法联合的建模法就像是一场大合唱，每种方法都唱出自己独特的音符，最后组合成一首美妙动听的歌曲。

统计方法唱出低沉的贝斯，机器学习方法就像高亢的高音，数据挖掘则是那灵动的旋律。

它们相互配合，相互补充，才能创造出最震撼人心的效果。

你再想想，如果厨师只知道一种烹饪方法，那能做出多少道菜呢？肯定很有限吧！但要是他会煎、炒、烹、炸各种招式，那能做出来的美味可就数不胜数了。

建模也是一样的道理呀！而且哦，多方法联合的建模法还特别有挑战性呢！就像攀登一座高峰，每一步都不容易，但当你爬到山顶，那种成就感简直无与伦比。

你得不断尝试，不断探索，找到最适合的那些方法组合。

这可不是一件容易的事儿，但咱可不能怕困难呀！就像学骑自行车，一开始肯定会摔倒，但多摔几次不就学会了嘛。

在这个过程中，你可能会遇到各种问题，数据不准确啦，方法不适用啦。

但这都没关系呀，咱就是要在解决问题中不断成长。

总之呢，多方法联合的建模法是个超级有趣又超级有挑战性的事儿。

它能让你的模型变得独一无二，能让你在建模的世界里尽情发挥自己的创造力。

所以呀，别犹豫啦，赶紧去尝试一下吧，你一定会爱上它的！就这么定啦！。

联合仿真与多领域建模的比较

模型耦合求解过程
Motion起落架机械系统模型 AMESIM起落架液压系统模型
Simulink机械、控制、液压模型
Simulink仿真求解
求解器耦合求解过程
进程耦合求解过程
固定通信步长
MWorks是新一代多领域物理系统建模、仿真、分析的通用CAE平台，基于国际多领域统一建模标准语言Modelica，提供了从可视化建模、编译求解到结果后处理的完整功能，并支持基于Modelica模型的多学科多目标优化
联合仿真方式
模型耦合：从属软件导出物理模型的方程为主导软件可识别的形式，主导软件导入从属模型方程，嵌入到主模型中形成耦合系统。
求解器耦合：从属软件不仅导出模型的方程，同时还导出对模型进行积分计算的求解程序，主导软件同时导入模型的方程和求解程序，嵌入到主模型中形成耦合系统。进程耦合：主导软件和从属软件同时对各自的模型进行仿真计算，在通信时间点两个软件交换数据。
simulink仿真求解模型耦合求解过程motion起落架机械系统模型amesim起落架液压系统模型simulink机械控制液压模型求解器耦合求解过程固定通信步长进程耦合求解过程mworks是新一代多领域物理系统建模仿真分析的通用cae平台基于国际多领域统一建模标准语言modelica提供了从可视化建模编译求解到结果后处理的完整功能并支持基于modelica模型的多学科多目标优化mworks特点可视化界面可视化界面编译器编译器分析器分析器求解器求解器后处理器后处理器多领域优化多领域优化领域库领域库机械机械电子电子控制控制液压液压气压气压热力学热力学电磁电磁流体流体能源能源车辆车辆航空航空航天航天modelicamodelicacadcad有限元有限元matlabmatlab嵌入式系统嵌入式系统专业工具集专业工具集mworks平台框架简图modelica介绍modelica是一种统一的面向对象物理系统建模语言由瑞典linkping的非赢利组织modelica协会开发是一种适用于大规模复杂异构物理系统建模的面向对象语言

系统级多学科建模与联合仿真

系统级多学科建模与联合仿真1.概述1.1.数字化建模仿真在技术的发展和市场的驱动下，产品功能越来越复杂，通过解析的方法对产品进行分析的难度逐渐增大。

而采用实验的方法对产品进行研究则需要物理样机，对于这种方法，一方面所需投入较多、时间周期较长，另一方面，当发现样机在某些功能和性能层面无法满足要求时，进行更改的成本非常高。

即使这些问题都能够解决，实验方法还要面对某些工况下实验带来的危险和破坏、实验环境不一致、实验结果的离散性等诸多问题。

此种情况下，基于计算机技术，借助于专业的软件，通过数字化建模仿真的方式对产品的方案进行验证和优化，可以显著缩短研发周期、降低研发成本、完善产品质量，提高产品的市场竞争力。

1.2.系统级建模随着产品组成、功能的复杂化，部件各部分之间的耦合关系越来越紧密。

当对产品的一各组成部分独立建模时，需要建立其边界条件。

但由于该部分与其他部分错综复杂的耦合关系及其他部分外特性的复杂性，边界条件难以采用简答的函数关系进行描述，而是需要详细的建模，如此类推，对于产品的数字化分析需要系统级的建模。

另一个方面，当前产品的多数功能都需要各部分之间紧密配合才能实现，这个特点也自然地导致了系统级建模的必要性。

以飞机机电系统的机电综合为例，在机电综合的背景下，在功能、能量、控制和物理的层面，燃油、环控、液压、电气系统之间的管理越来越紧密。

例如在综合能量管理系统中，为实现能量高效利用的目的，环控、燃油、滑油、液压、电气、发动机等系统协调工作，如图1所示。

在多电飞机架构中，通过供-配-用电网络，机电系统之间的联系变得更为紧密。

图1飞机综合能量管理系统1.3.多学科建模随着机-电-液-控一体化的高速发展，由单一领域部件构成的产品越来越少，取而代之的是综合利用机械、电、磁、液压和控制等诸多领域研究成果、涉及多个学科的产品。

图2飞机机电系统飞机机电系统所涉及的学科如图2所示，每个机电子系统都涉及多个学科，这种特点使得系统级建模必然涉及多个学科。

机电一体化系统联合仿真方法研究林小佳

机电一体化系统联合仿真方法研究林小佳发布时间：2021-08-09T05:42:52.598Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第8期作者：林小佳[导读] 复杂机电一体化系统通常由跨学科的多个子系统组成，在系统设计和仿真阶级，传统的仿真方法较难做到多学科的联合仿真。

汕头经济特区广澳电力发展公司广东汕头 515000摘要：复杂机电一体化系统通常由跨学科的多个子系统组成，在系统设计和仿真阶级，传统的仿真方法较难做到多学科的联合仿真。

为实现跨学科、跨部门的分布式联合仿真，本文研究了机电一体化的联合仿真方法，将机械、电子、液压、控制等不同学科领域模型集成融合，实现系统级协同设计、仿真和分析。

首先，分析比较了现有联合仿真方法；其次，提出了基于FMI标准的联合仿真方法，采用并行和分布式的仿真执行体系结构和基于有向图的仿真数据同步方法，实现了子系统间的数据同步；最后，通过实例分析，验证了联合仿真方法的有效性。

关键词：系统仿真；联合仿真；分布式架构；数据同步Research on the Method of Co-simulation for Mechatronics SystemLIN XiaojiaShantou Guang'ao Electric Power Development Company，Guangdong Shantou 515000Abstract：Complex mechatronics system is usually composed of multi-disciplinary subsystems. In the system design and simulation phase, the traditional simulation method is difficult to achieve multidisciplinary co-simulation. In order to realize the interdisciplinary and cross-department distributed co-simulation, this paper studies the co-simulation method for mechatronics, integrating models of different disciplines such as mechanical, electronic, hydraulic and control, and realizing the system level collaborative design, simulation and analysis. Firstly, the existing co-simulation methods are analyzed; secondly, the co-simulation method based on FMI is proposed, the parallel and distributed simulation execution architecture is designed, and the simulation data synchronization method based on directed graph is adopted to realize the data synchronization between subsystems; finally, the effectiveness of the co-simulation method is verified through the analysis of an example.Keywords：system simulation; co-simulation; distributed architecture; data synchronization引言目前，复杂机电一体化系统中机械、电子、液压、控制系统多数为分立式架构，采用数据总线将各自独立的机电子系统或设备交连起来，进行信息的统一传输和调度管理，实现系统信息的共享、综合显示和系统工作模式的综合控制，保存了子系统的相对独立性[1]。