這些天來(lái)大家都在談?wù)摶诮５脑O(shè)計(jì)，但是這對(duì)開(kāi)發(fā)者究竟意味著什么呢?就如何使用基于建模的開(kāi)發(fā)方法而言，我們并沒(méi)有一個(gè)明確的切入點(diǎn)，因?yàn)槲覀內(nèi)狈η逦那腥肼窂剑壳皫缀鯖](méi)有哪兩家機(jī)械制造商就基于建模的設(shè)計(jì)是什么達(dá)成共識(shí)，更別提開(kāi)發(fā)者應(yīng)該從已開(kāi)發(fā)模型的仿真中得到什么了。
通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)早期功能測(cè)試
仿真是基于模型開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵要素之一，當(dāng)然，這一要素極其復(fù)雜，談?wù)撈饋?lái)并不是一個(gè)輕松的話(huà)題。畢竟，開(kāi)發(fā)人員必須在建模前完全確定什么是必須被仿真的。
在這里，差別主要表現(xiàn)在以下兩方面
▇個(gè)別域(機(jī)械、過(guò)程模型、物料流程等)之間
▇機(jī)器模型和控制功能之間
前者主要影響仿真工具和建模類(lèi)型的選擇(FE模型、微分方程組、物理建模等;見(jiàn)表1)，而后者表現(xiàn)為一種根本性的差異。當(dāng)然，我們最終應(yīng)該將機(jī)器模型和控制功能放在一起進(jìn)行測(cè)試，但是在開(kāi)發(fā)的時(shí)候必須將這兩者分開(kāi)看待。
控制功能的建模類(lèi)型取決于正在使用的目標(biāo)系統(tǒng)，例如，我們通過(guò)仿真工具“Automation Studio Target forSimulink”，僅需點(diǎn)擊按鈕就能將Simulink中執(zhí)行的控制算法或者在Stateflow中制定的步序傳輸至貝加萊硬件。
在建模的時(shí)候，在機(jī)器模型和控制功能之間應(yīng)該有一個(gè)明確的區(qū)分
當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)適合的機(jī)器模型的時(shí)候，情況會(huì)變得有些復(fù)雜，建模工具和層次細(xì)節(jié)度的選擇很大程度上取決于我們想得到的結(jié)果。例如，如果你想表現(xiàn)薄膜擠出生產(chǎn)線(xiàn)上放卷過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，那么已經(jīng)擁有張力控制系統(tǒng)的你再為驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)熱模型將變得沒(méi)有多大意義。但是，如果該模型將會(huì)被用來(lái)測(cè)量仿真中的系統(tǒng)限值，那么熱特性就必須被考慮在內(nèi)。
虛擬機(jī)的不同變體
就像為控制邏輯建立仿真模型一樣，我們不僅可以在開(kāi)發(fā)機(jī)也可以在實(shí)時(shí)系統(tǒng)(如工業(yè)控制器或工業(yè)PC)上建立機(jī)器模型。機(jī)器模型擁有多種配置可能，我們必須從中選擇一種配置與特殊情況相匹配。因此，本文的剩余部分將側(cè)重介紹“虛擬機(jī)”的一些最常見(jiàn)的變體。
機(jī)器仿真
如果目標(biāo)純粹是為了確定機(jī)器行為和開(kāi)發(fā)機(jī)上已開(kāi)發(fā)的控制功能之間的相互作用，那么最有效的方式就是將這兩個(gè)仿真模型(機(jī)器和機(jī)器邏輯)連接起來(lái)。對(duì)于整體仿真而言，最簡(jiǎn)單的處理方式是在相同的開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建這兩個(gè)模型。例如，Simulink不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)子模型的仿真，而且還可以將它們作為一個(gè)完整的模型進(jìn)行仿真。出于可持續(xù)性開(kāi)發(fā)的考慮，這些子模型會(huì)被存儲(chǔ)于功能庫(kù)中，以便于提供給后續(xù)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目重復(fù)使用。如果想要在不同的工具中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型和控制邏輯，那么對(duì)于整體仿真而言，就需要有各自的導(dǎo)入選項(xiàng)。例如，在MapleSim中創(chuàng)建的物理機(jī)模型被導(dǎo)入Simulink后，會(huì)與在Stateflow中建立的控制邏輯以及在Simulink中創(chuàng)建的閉環(huán)控制器相連。
通過(guò)仿真工具“B&R Automation Studio Target for Simulink?”，僅需點(diǎn)擊按鈕就能將模型算法和功能移植到控制器中
軟件在環(huán)仿真
我們利用統(tǒng)一的接口可以創(chuàng)建軟件在環(huán)仿真，這需要將兩個(gè)(或更多)工具連起來(lái)用于仿真，因此必須保證順利實(shí)現(xiàn)基于周期的同步通信以及雙向數(shù)據(jù)交換。例如，讓我們想象一下，在Simulink中建模的系統(tǒng)正在連接貝加萊仿真PLC，它以“ARsim”為名稱(chēng)集成于Automation Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境中。除了貝加萊指定的PVI接口之外，我們還可以采取OPC和WinIO協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)UDP方式實(shí)現(xiàn)同步通信。接下來(lái)的步驟如下：首先，針對(duì)一個(gè)掃描周期求解在Simulink中建立的機(jī)器模型的微分方程組，將結(jié)果傳輸至仿真控制器作為過(guò)程變量(完全按照隨后將會(huì)在真實(shí)系統(tǒng)中完成的那樣)，并為同步通信分別提供時(shí)鐘信號(hào)。然后在ARsim環(huán)境中執(zhí)行一個(gè)控制周期，再將執(zhí)行結(jié)果隨同時(shí)鐘信號(hào)一起返回到Simulink中。開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)中的觀察器會(huì)查看非實(shí)時(shí)域上的仿真，但是該方法需確保虛擬機(jī)與控制器之間始終保持高質(zhì)量的實(shí)時(shí)通信。在現(xiàn)實(shí)中，這些流程的進(jìn)度是非常緩慢的，而軟件在環(huán)仿真卻可以加快例如擠出機(jī)中溫度曲線(xiàn)的觀察速度，還可以緩慢地查看液壓系統(tǒng)中的快速過(guò)程。
