董悦 宋国秋 王子军
沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁省 沈阳市110000
摘要：机电一体化系统建模可以缩短产品周期，提高产品生产效率，优化产品性能，满足客户的需求，掌握有效的建模技术与仿真软件可以促进机电行业快速发展，提供机电一体化的程度，实现多种工作步骤同步完成，为此企业需要加大机电一体化系统的建模与仿真技术研发，完善系统的结构设计与功能开发，优化机电一体化的建模仿真水平，提高企业核心竞争力与市场地位。本文通过阐述机电一体化的建模方法，如键合图建模方法、方块图建模方法，分析机电一体化系统的计算机仿真软件，希望可以为建模技术与仿真软件快速发展提供理论参考。
关键词：机电一体化系统；建模技术；方块图建模；仿真软件
机电设备的自动化与智能化进程加快，促使建模技术与仿真软件技术快速发展，机电一体化发展也从机械简单组合形成多领域多成分结合发展的重要技术，可以进一步提高产品性能，优化完善机电一体化的操作系统，缩短产品上市周期，提高客户满意度，为此需要重视机电一体化研究，明确机电一体化建模方法的应用，结合企业生产的实际情况，加强机电一体化系统的建模与仿真技术的研究，选择合适的建模仿真技术，提高产品竞争力，增强企业实力，提高经济效益。
一、关于机电一体化技术建模方法
机电一体化构建物理模型，将物理实体进行技术建模，实现机电一体化系统的抽象化，转化为可以在计算机中表达出来的具有数学描述性质的物理模型，即机电一体化抽象而成的理想化物理模型可以使用可执行的计算机代码实现计算机仿真，从而简化物理模型转化为数学形式的过程。因此选择合适的计算机物理技术建模方法可以有效提高机电一体化建模技术质量，缩短产品生命周期，帮助企业制造更高性能的机电产品。
1.1键合图建模技术方法
键合图建模技术方法起源上世纪50年代，是混合系统建模常用的工具，通过图形描述实现电子、机械系统的动态建模，最初应用于汽车液压系统的技术建模，现在多用于机电一体化系统的技术建模。其中键合图模型包含9类由带半箭头能量键连接的基本图形符号，一般能量键箭头方向指示功率流向，可以实现能量流与能量的类比转换，如机械领域的弹簧-质量-阻尼系统与电子领域的RLC系统（电容-电阻-电感）的变量类比关系，可以进行不同领域的相同概念和数学表达式的类推，实现机电一体化的物理建模。
电子领域的RLC系统电路通过数学描述转为RLC系统的键合图表达方式，单向箭头的能量键电功率为ui，连接点1是系统电路的电力共流点，具有相同的电流（Flow），电势(Effort)和为零，如图1所示。机械领域的弹簧-质量-阻尼系统转为键合图描述，各个方向的速度相同，1为连接点，整体作用力的合力F为零，如图2所示。结合电子领域与机械领域的键合图，可以得出电子电流与机械速度、电子电阻与机械阻尼等不同领域变量呈现类比关系，通过键合图描述可以实现对机电一体化的机械系统的建模[1]。
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1.2方块图建模技术方法与面向对象建模方法
方块图建模的理论基础是控制理论学科的发展，需要配备大量通过线段连接起来的控制模块，如微分、比例积分、相位提前等，通过分析信号流的流入与流出实现机电一体化的物理建模工作，通常方块图建模借助现有的和谐模块有效连接信号流，通过模块表达信号流输入输出的函数传递关系，并且借助控制模块有效进行机电一体化控制系统的建模。
采用代数方程式有效描述面向对象，可以实现物理模型的有效重用，降低现场错误的发生，发挥面对对象的继承性与数据封装的特性。在进行面向对象建模过程中，需要分解并封装物理对象，一般通过图标图的方式保存最小对象，采用一定方式组合形成物理模型[2]。
二、机电一体化系统构建应用计算机仿真软件的研究与分析
2.1 研究支持复杂机电系统的计算机仿真软件
技术发展提高产业竞争力，随着科学技术的快速发展，计算机仿真软件呈现出多元化发展，采用单一的技术软件实现多工序同步完成、降低排异反应是计算机建模与仿真软件研究发展的重要方向，确保产业工作流程与建模仿真技术相契合，提高工作效率。目前，机电一体化的协同仿真软件系统难以实现深入细致研究，精细化处理有待提高，具有一定的系统局限性，需要考虑产品生产与系统工作模式的兼容性，降低排异反应对机电一体化系统建模与仿真技术的影响，为此需要加大计算机仿真软件的研发力度，确保仿真软件可以支持复杂的机电系统，提高建模工作质量，促使多种工作步骤可以逐一完成或者同步进行，构建真正意义上的机电一体化系统，降低企业成本，增强经济效益。
2.2 动态建模软件与Schemebuilder仿真软件
采取动态建模软件进行机电一体化物理建模，可以自动构建结构复杂的数字形象图样，优化虚拟模型的设计工作，提高建模水平，通常由美国设计开发的动态建模软件应用于机械系统的建模与仿真研究分析，使用领域广泛，不过若不能同步综合应用机电一体化系统与控制系统，容易产生不少问题，视情况进行合理选用，可以较好发挥动态建模仿真软件的优势。Schemebuilder仿真软件可以辅助机电一体化系统进行建模与仿真，一般通过研究分析方块图，有效描述仿真方案，形成符合要求的建模仿真方案，从而达到仿真控制机电一体化系统的目的[3]。
2.3 Dymola仿真软件与Adams仿真软件
汽车、机器人领域的建模与仿真一般应用Dymola仿真软件，可以优化汽车制造工艺，提高建模仿真的工作质量，帮助企业有效控制多领域内的电子系统。通常情况下，Dymola仿真软件可以依据物理对象的特征进行建模，通过键合图转换实现机电一体化系统的高度抽象性，方便构建仿真抽象化物理模型，提高仿真技术，优化机电产品性能。Adams仿真软件广泛应用于机械系统建模与仿真技术中，一般通过自动生成动力学虚拟样机的形式，实现机械系统的建模与仿真研究分析，非常具有权威性，可以有效加强机电一体化的管理与控制，同时结合Matlab软件不仅可以实现机电一体化的建模仿真，还可以对机电一体化进行有效修改，提高建模仿真的质量。
三、结语
机电一体化进程的快速发展，需要加强建模仿真技术的研究，明确不同建模仿真技术的优劣势，致力于开发可以有效支持多种工作步骤共同完成的技术软件，优化产品性能，提高工作效率，借助国内外先进的机电一体化研究成果进行系统研究，突破结构与组建上的研究瓶颈，制定符合实际情况的机电一体化建模与仿真方案，完善机电一体化的科学发展，降低企业生产经营成本，提高经济效益。
参考文献：
[1]熊春贵. 机电一体化技术及发展方向综述[J]. 南方农机,2015,46(09):55-56.
[2]胡锴. 机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析[J]. 电子技术与软件工程,2018,(14):53.
[3]郭宇超. 机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析[J]. 科技经济导刊,2017,(23):18.