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《基于虚拟仪器技术的运行环境仿真系统的开发研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、本文主要关注于运行环境仿真系统的开发研究,介绍了基于案例的动态仿真模型库和基于虚拟仪器技术的硬件在环测试系统的开发方法。最后给出了一个洗衣机主控板测试系统的具体例子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
2、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
3、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：1.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;2.它具有测试仿真模型和真实系统匹配度的功能;3.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
4、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NILa
5、bVIEW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。图2动态案例模型库的结构图1.案例模型库模型库采用案例推理技术实现,这项技术在20世纪80年代后期逐渐被越来越多的人工智能研究人员关注,它是一种利用过去案例和经验解决问题的类推方法。总的来说,案例推理技术采用以下的推理步骤：(a)确认问题：输入需求,初始化条件和问题相关
6、信息;(b)获取案例：根据需求和初始条件,寻找与实际问题类似的案例;(c)修改案例：从最类似的案例或案例组中提取目标解决方案,通过修改目标方案满足实际需求;(d)存储案例：解决完问题后,将最新的解决方案存储到案例库中。案例推理技术最重要的部分是建立案例的索引引擎和设计索引算法,可以利用这个技术建立案例数据库。整个数据库将来可以建立成具有可重构特性的分布式网络结构,它最主要的优势在于能够根据用户需求重构分布式网络,并快速引导到合适的案例。这项技术具有很强的自适应能力。在这个模型库中,机电系统和部件
7、的模型可以分为几个主要部分,如机械、电子电气、液压等。这些分类组建成一个树型结构。例如,电子电气组件可以分为微处理器、执行器、驱动系统、传感器等。进一步,执行器还可按照不同的类型,如功率、最大转速、驱动方式等再进行分类。图3给出了一个简化的电机分类的例子。其中案例i代表模型库中的一个原始模型。图3简化电机模型分类根据以上的分类,就可以对不同的模型获得多种快速、有效的索引方法。例如,如图3所示,现在在这个模型库中具有三个案例,每个代表一种类型的电机模型。如果现在需要得到功率大于1kW,最大速度大于
8、3000rpm的交流电机模型,但目前在图3所示的库中没有匹配的模型。案例模型库将自动建立一个新的案例,并重构模型库,重构的模型库结构如图4所示,以上的例子解释了模型库重构的方法。上述方法对于动态案例模型库非常关键,因为它提供了一个办法来自适应调整模型测试,评价和辨识的索引和重构过程。人工神经网络、模糊逻辑,或其他人工智能理论可以应用于重构工作,从而进一步提高模型库的自适应能力。图4重构的简化电机模型库结构1.模型测试和评价模块模型测试和评价模块主要包括两个部分,参见图2。第一部分完成仿真实验结果
