加工中心多学科领域物理系统建模原理

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高速加工中心是由机械、控制、电子、液压和软件等多个不同学科领域子系统组成的综合体，想要完整研究其性能，除了通常的机械、控制和电子等主要侧重于单学科领域的仿真外，更要求将不同学科领域的子系统组合成为一个完整的系统，多学科领域物理系统统一建模仿真，通过合理组合机、电、液、控等不同领域的参数，实现整机系统的协同。

以往，在机械动力学中，一般用微分方程、传递函数、时间序列模型或状态空间建模型来描述系统。例如，状态空间模型是用状态变量构成的一阶微分方程组描述系统的运动状态，并将系统的输入和输出联系起来、状态变量是指能够完全确定系统运动状态的一组最小数目的独立变量。求解一阶微分方程组，便可求得系统状态变量的解，从而可确定系统的全部运动状态。在任意t≥t0时刻的全部运动状态。由于在描述机械系统的运动特性时，采用状态空间模型比微分方程，尤其是比传递函数模型优越得多，状态空间模型描述系统的动态特性收到了一定重视。

复杂机电装备多学科领域物理建模技术是近年来迅速发展起来的一种建模方法，这种方法从系统角度出发，采用机理建模原理，建立数控加工中心的多学科领域物理系统建模型，并通过求解所建立的系统模型，了解系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应等动态特性，进而确定系统的主要参数。

对于高速加工中心这类复杂产品的多学科领域建模，根据实际需要，既可以将不同领域的仿真建模零件组装成仿真模型部件，也可以将不同领域的仿真模型部件组装成仿真模型子系统，还可以将不同领域的仿真模型子系统组装成仿真模型系统。

多学科领域建模方法采用自顶向下和自底向上相结合的思想。根据一定的规则将加工中心或其重要的系统分为若干子系统，通过对子系统的分析，找出子系统之间公共和私有部分；各个子系统模型通过相互的连接关系组装成为完整的系统模型。另外，组成子系统的子模型可以进一步细分，再通过相同的分析、建模和组装的过程组成子系统的子建模。

在系统分解时，需要确定子系统间的相互接口关系。接口关系可以使建模人员不必相互了解对建模的内部细节，只要接口保持不变，内部细节可以采用各种方法实现。

在建模过程中，建模人员可以充分利用自己的仿真模型库，检索与设计任务相似和相关的模型，根据其实现功能、模型接口、使用条件等判断可重用性，通过直接重用、组装重用和更改重用的方式实现快速建模。

目前多学科领域物理系统建模的方法有三种：一种是基于接口的建模方法；第二种是基于高层体系结构的建模方法；第三种是基于统一建模语言的建模方法。

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