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20-sim | 一体化建模仿真平台

20-sim适用于机电系统的建模和仿真软件包。它运行在带有Windows操作系统(Vista, 7,8,8.1和10)的PC计算机上,需要450MB的磁盘空间。使用20-sim,可以以图形方法是创建模型,类似于绘制工程方案。利用这些模型,可以分析动态系统的行为并设计控制系统。20-sim模型可以作为C代码导出,以便在硬件上运行,以进行快速原型设计和HIL仿真。



上图显示了具有受控六足模型的20-sim。该机制由3D力学特征生成,并与力学库中的标准执行器和传感模型项链。六脚架由PID控制器在频域中调谐。构建和模拟此模型所需的一切都在包内,无需外部软件或编译器!


 编辑

20-sim软件由2个紧密集成的窗口组成。在编译器和模拟运行中创建模型,结果显示在模拟器中。启动20-sim时,编辑器将打开。编辑器包含一个模型库树,您可以从中将元素拖放到绘图画布以构建模型。20-sim编辑器将显示为图形编辑器或文本编辑器,具体取决于所显示的型号。该库包含用于构建绑定图模型的元素,用于构建物理系统的组件和用于构建框图模型的块。所有库元素都是打开的,可以由用户更改。该库包含以下元素:

  • 债券图:构建债券图模型的元素

  • Iconic Diagrams:用于构建物理系统的组件

  • 电气:建筑电网的组件

  • 机械:用于构建平移和旋转结构的部件

  • 液压系统:用于建筑液压系统的组件

  • 热:用于模拟传热的组件

  • 方框图:用于构建框图模块型 的块:线性和非线性块,源和汇,传递函数

  • 示例:显示库模型基本用法的示例模型


图形模型

20-sim中的模型时分层导向的。顶部的模型称为主模型。它由图形元素构成,称为子模型。子模型可以轻松连接。根据子模型,连接可以是共享变量或物理连接,子模型本身可以由多个子模型构建,深入多层。在层次结构的底部,模型由方程组描述。这些模型称为方程模型。


方程模型

方程模型可以称为SIDOPS ++的特殊语言指定。SIDOPS++与Maple,Matlab和其他数学软件包非常相似。



  • 参数:值的定义,在模拟期间不会更改

  • 变量:在模拟期间发生变化的值的定义

  • 方程式:实际方程式


建模工具

20-sim具有许多构建高级模型的功能:

  • 控制器设计编辑器:此功能可以帮助用户使用线性工厂,控制器和预过虑器设计反馈系统。可以使用Bode和Nyquist图来研究开环和闭环响应

  • 三维力学编辑器:众所周知,3D机械系统难以使用一维元素进行建模。因此,3D Mechanics Editor允许用户通过拖放3D工作空间中的实体,关节和其他对象来定义机械系统。自动生成相应的一组优化微分方程。

  • 向导:各种向导将帮助您创建运动曲线,定义凸轮,构建伺服电机等等。


模拟

模型准备就绪后,可以从编辑器打开模拟器。在引擎盖下,模型会自动编译以创建模拟代码。无需外部工具。在编译阶段,20-sim将检查模型是否正确并优化方程。模拟器用于运行模拟和分析模型。在开始模拟运行之前,用户必须定义一些设置:

  • 运行属性:运行的开始时间和结束时间

  • 积分方法:20-sim支持许多用于运行模拟的高级数值方法。可以选择数值方法和适当的设置。这些设置包括例如大的集成错误和步长。

  • 参数值:在模拟运行之前,可能必须改默认参数值

  • 绘图属性:必须设置绘图的数量和外观,并且必须选择要绘制的变量



分析

20-sim包具有两个可用于分析模型的功能

  • 时域:这允许通过更改参数值和使用运行进行模型分析。参数扫描,优化和曲线拟合将有助于提高系统性能。灵敏度分析,蒙特卡罗分析和变异分析将有助于检查系统的稳健性。

  • 频域:20-sim中的模型可以线性化,以在线性系统编辑器中显示相应的线性系统。线性系统编辑器是用于设计和显示线性系统的专用工具。编辑器支持连续时间和离散时间SISO系统。并可以通过波特和奈奎斯特图显示系统响应。如果模型不能进行线性化,则可以使用快速傅立叶变换来显示模型的频率行为。


脚本

使用脚本,可以使用专门的脚本功能自动在20-sim中运行任务。通过这些功能,可以自动打来和运行模型,可以更改参数,可以导出结果等等。


20-sim脚本函数可以在Matlab或GNU Octave中作为m文件运行。GNU Octave是一个开源环境,允许运行类似于Matlab的m文件。脚本功能可用于打开和模拟20-sim模型,将参数值导出20-sim模型,运行模拟,导出模拟图等等。


代码生成

在任何20-sim模型中,可以生成C代码用于外部系统,HIL模拟器等。模板允许使用前置和后置命令,文件链接,注释等来定制C代码。内置允许您为各种目标生成代码的模板:

  • 20-sim 4C:包20-sim 4C有助于在硬件上运行C代码以控制机器和系统。20-sim 4C从20-sim导入模型(c-code)并在嵌入式扶手板,PC 104系统等硬件上运行他们。

  • Matlab Simulink :生成用于Matlab的C代码

  • Simulink还包括一个带输入和输出终端的子模块。20-sim使用MEX编译器将此代码直接编译为S函数。这些S函数也可以在Real Time Workshop中使用,以便为特定平台生成代码,

  • C代码:20-sim可以生成独立的C代码,用于C和C++程序。生成的C代码提供了几个固定的步进模拟算法,使其能够实时运行。

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