機電一體化系統多能量域集成產品建模與仿真技術分析

查娜 李國華

摘 要：我國機電一體化研究項目層出不窮，包括飛機、汽車工具等都與集成網絡并行、協同制造，其中必要的建模問題開始引起國際CAD領域嚴密關注。因此，本文主要透過系統角度研究，全程配合工程類別之間的相似特征，延展出端口結構中多能量域集成組件模型，同步供應形式化描述，在此基礎上涉及機電一體化系統多能量產品建模仿真框架形態清晰，確保能夠更加方便地支撐系統不同空間演練進程。

關鍵詞：機電一體化 異地設計 集成組件 虛擬形態 建模方式

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

作者信息：查娜（1982-），女，江蘇丹陽人。鎮江高等職業技術學校，教師，本科，研究方向為電工方向。

1 機電一體化系統多能量集成體系形態觀察

機電一體化系統主要配合機電裝置、電子設備以及信息處理程序進行協調搭配的柔性自動化產品格式，我們不能單純地判定其為零件疊加形成的積木結構，反而應該貫徹系統化認知觀念。結合工程相似性特征分析，如果工程現場及時引進廣義形式的電壓、電流、動能函數、損耗函數等，就可以依照力學系統運動學方程以及電網中的基爾霍夫定律實施建模，特別是設計中期有必要結合組建模型關系，透過計算機輔助自動生成機電一體化多能量域集成系統格式。當然，為了快速實現被控對象的快速、精準調試目標，必須建設動態模型與驗證方程。實際上機電一體化系統組件繁多，尤其在能量觀點下，組件包括能源、能量儲存、能量變換以及調節等各種樣式，如果其間建設單位部件動力學模型以及能量余之間耦合模型，使得系統內部組件高效銜接并將當下正確連結關系闡述完全，就可以確定該類系統的動力學方程內容。有關基本理性組件，包括機械系統內部質量、彈簧等形式較為復雜，需要現場技術人員應用行為模型進行裝配模型附加改造，并在生成原型中提煉更加精準的仿真、測試要訣。

2 基于端口內部多能量域集成組件模型設置狀況研究

機電一體化異地設計活動中的產品建模問題，需要采取統一處理手段，特別是在端口多能量集成組件模型范圍下，可以運用六元組形式加以清晰表述；而多能量端口則選用五元組加以表述。按照客觀層面審視，端口變量包含廣義速度與力變量元素，兩者乘機即為功率量，不同組件之間會借用端口實施能量、信號交換。參數化集合模型，如液壓系統、機械等都必須展現物理形式且保留一定質量，安裝過程中仍須界定運動、散熱問題，主要是因為任何組件不論結構形式或是功能行為，都必須利用幾何、裝配模型綻放，實際上就是運用系統可視化特征完成虛擬原型改造任務。再就是由于不同能量域的結構復雜，在此情況下參數化建模方法應保留一定特征，并且利用紋理、材質等三維建模技術，使得模型逼真之外更保留結構簡潔性特征。機電一體化系統多能量域集成組件就是聯合形狀特征、約束零件模型進行裝配，針對不同部件幾何形態進行建模，包括不同剛性、可變性零件等；同時采取參數化約束模型和聯結特征模型，針對不同聯結裝配關系實施建模改造，包括機械靜聯結等，進而建立整個機電一體化系統的可視化虛擬原型架構。

3 機電一體化系統異地設計多能量域集成仿真技術解析

結合早期設計經驗分析，有關產品功能需求與工作原理需要得到進一步重視，所以在設計計算期間應該針對系統內部組件形態加以簡化，包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設計精確度不斷提升，有關CAD、行為、配置模型逐步完善；現實中系統中組件主要采用實際模型搭配，其間有必要針對系統實際性能指標加以預測。因為非線性、時變、離散等實際情況都要考慮在內，涉及傳遞函數形式開始不再適用，數值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是，透過產品模型中推導出如果所有組件的行為模型都已知，則根據系統的配置模型，利用Mapple等工具包可以進行符號求解。但由于整個開發項目參與者之間存在競爭合作并重關系，這便導致系統組件行為模型的形式多樣性，包括HDL、XML等可執行代碼及其它MDL等。這時可將系統組件模型進行封裝，通過提供封裝器的標準API接口，可以開發出各種系統組件模型的封裝器。利用封裝器可以實現基于配置的多能量域集成聚臺仿真改造。在此基礎上，如果利用CORBA/ JAVA/XML/Web 技術，則可實現機電一體化系統異地設計的分聚臺仿真目標。

另一方面，基于XML的多能量域集成產品建模機電一體化系統異地設計的演化過程對組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設計的早期階段，強調組件的功能需求及性能、結構與形狀方面的約束，此時主要定義復合組件的接口、配置模型、附加的約束；而在設計的后期階段，強調組件在系統中的裝配關系、端口連結關系以及組件內部各能量域內的行為屬性參數件是否滿足設計需求，此時需要詳細定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關聯模型、約束模型。需要特別注意的是，整個開發項目中，任何參與者之間都存在競爭、合作關系，這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣，如XML、可執行代碼等，此時技術人員可考慮進行組件模型封裝處理，并透過封裝器標準化API接口實現配置多能量域集成聚合仿真操作目標。

4 結語

綜上所述，目前我國機電一體化建模技術與仿真操作軟件應用現象極為廣泛，經過多種常見機電模型實際研究發現，有關整套完善機電一體化系統建模工作已經成為當下專業領域研究的特殊話題。這就要求相關機電技術人員要全面應用設計思路進行建模技術經驗整編，進一步構成一種快速、協調的仿真軟件系統，規避不同技術缺漏危機，令其在實踐空間中發揮更加技術調用優勢成就。

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