摘要：
本文主要關(guān)注于運行環(huán)境仿真系統(tǒng)的開發(fā)研究，介紹了基于案例的動態(tài)仿真模型庫和基于虛擬儀器技術(shù)的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的開發(fā)方法。最后給出了一個洗衣機主控板測試系統(tǒng)的具體例子。
關(guān)鍵詞：
仿真，虛擬儀器，測控，硬件在環(huán)

前言
現(xiàn)代工業(yè)面對了越來越多的挑戰(zhàn)：激烈的市場競爭和環(huán)境保護方面政府的嚴格約束。針對這些挑戰(zhàn)的主要策略是減少新產(chǎn)品的設(shè)計和測試時間，減少開發(fā)費用，減少產(chǎn)品投入市場的周期。解決這些問題的方法主要是產(chǎn)品開發(fā)和過程設(shè)計中CAD/CAE/CAM技術(shù)的有效利用。在兩個最困擾機電產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)人員的主要問題中，第一是如何合理選擇部件和子系統(tǒng)以滿足系統(tǒng)需求，第二是如何在低成本條件下測試系統(tǒng)性能。仿真技術(shù)則成為了解決上述問題的答案。仿真實驗分析技術(shù)對于利用實際部件和系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)獲得深入的知識和了解非常有幫助。計算機仿真為在變條件和不同參數(shù)的情況下描述和分析系統(tǒng)行為提供了可能。同時，可以獲得足夠數(shù)量和質(zhì)量的分析數(shù)據(jù)。它具有不需要實際工作環(huán)境，不需要復(fù)雜加載系統(tǒng)等許多優(yōu)點，這些優(yōu)點給技術(shù)開發(fā)人員指出了一條非常具有吸引力的方向。
過去，仿真技術(shù)的研究主要集中于仿真工具方面，而對于現(xiàn)代機電系統(tǒng)，則相對忽略了仿真模型的精度和功能準確度。不管仿真工具如何先進，不合適的仿真模型肯定會導(dǎo)致錯誤的仿真結(jié)果。這是現(xiàn)代仿真技術(shù)面對的主要問題。
虛擬儀器技術(shù)使用主流計算機技術(shù)，并結(jié)合了創(chuàng)新、靈活的軟件模塊，高性能的硬件技術(shù)創(chuàng)造了強大的以計算機為基礎(chǔ)的儀器解決方法。虛擬儀器技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，國家儀器，發(fā)布了一整套軟、硬件工具用于建立測控應(yīng)用。他們?yōu)榉抡嫦到y(tǒng)和仿真模型的開發(fā)提供了一個良好的基礎(chǔ)。
運行環(huán)境仿真系統(tǒng)的研究首先集中于仿真模型，精確建立一個針對機電部件和系統(tǒng)的動態(tài)案例仿真模型庫。這個動態(tài)仿真模型庫具有三個優(yōu)點：a）它提供了一個基于案例推理技術(shù)的仿真模型分類結(jié)構(gòu)，它可以動態(tài)調(diào)整模型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以滿足實際系統(tǒng)需求；b）它具有測試仿真模型和真實系統(tǒng)匹配度的功能；c）它具有一個系統(tǒng)辯識工具，可以從實際的實驗結(jié)果中提取精確模型，并重構(gòu)動態(tài)模型庫。這些優(yōu)點可以有效解決以前靜態(tài)模型庫帶給仿真實驗的問題：動態(tài)仿真模型庫具有動態(tài)和自適應(yīng)的能力，可以滿足更加廣泛的需求。運行環(huán)境仿真系統(tǒng)另一個關(guān)注的是建立硬件在環(huán)測試系統(tǒng)。以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)，這項工作變的更加容易。具體的結(jié)構(gòu)和開發(fā)方法將在后面介紹。

運行環(huán)境仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開發(fā)方法
運行環(huán)境仿真系統(tǒng)包含兩個部分：一是動態(tài)案例模型庫，二是硬件在環(huán)測試系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 運行環(huán)境仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
動態(tài)案例模型庫主要包括幾個模塊，索引引擎，數(shù)學(xué)模型庫，數(shù)據(jù)描述庫，其它數(shù)據(jù)庫，動態(tài)辯識模塊，模型測試和評價模塊。
硬件在環(huán)測試系統(tǒng)可以分為軟件和硬件部分。軟件部分主要是測控軟件模塊；硬件部分包括全部硬件系統(tǒng)，如PXI總線系統(tǒng)，PCI總線系統(tǒng)，Compact-RIO系統(tǒng)等。

動態(tài)案例模型庫
動態(tài)案例模型庫的開發(fā)主要以NI LabVIEW 仿真模塊，Matlab，和其它仿真工具包為基礎(chǔ)進行。這些工具為建立機電系統(tǒng)的模型庫提供了一個完整的平臺。動態(tài)案例模型庫包含三個主要部分：案例模型庫（索引引擎，數(shù)學(xué)模型庫，數(shù)據(jù)描述庫，其它數(shù)據(jù)庫），系統(tǒng)辯識軟件模塊，模型測試和評價模塊，模型傳輸和修改模塊。主要結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 動態(tài)案例模型庫的結(jié)構(gòu)圖

案例模型庫
模型庫采用案例推理技術(shù)實現(xiàn)，這項技術(shù)在80年代后期逐漸被越來越多的人工智能研究人員關(guān)注，它是一種利用過去案例和經(jīng)驗解決問題的類推方法�？偟膩碚f，案例推理技術(shù)采用以下的推理步驟：
確認問題：輸入需求，初始化條件和問題相關(guān)信息；
獲取案例：根據(jù)需求和初始條件，尋找與實際問題類似的案例；
修改案例：從最類似的案例或案例組中提取目標解決方案，通過修改目標方案滿足實際需求；
存儲案例：解決完問題后，將最新的解決方案存貯到案例庫中。
案例推理技術(shù)最重要的部分是建立案例的索引引擎和設(shè)計索引算法。我們可以利用這個技術(shù)建立案例數(shù)據(jù)庫。整個數(shù)據(jù)庫將來可以建立成具有可重構(gòu)特性的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它最主要的優(yōu)勢在于能夠根據(jù)用戶需求重構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)，并快速引導(dǎo)到合適的案例。這項技術(shù)具有很強的自適應(yīng)能力。
在這個模型庫中，機電系統(tǒng)和部件的模型可以分為幾個主要部分，如機械，電子電氣，液壓等。這些分類組建成一個樹型結(jié)構(gòu)。例如，電子電氣組件可以分