摘要：
本文主要关注于运行环境仿真系统的开发研究，介绍了基于案例的动态仿真模型库和基于虚拟仪器技术的硬件在环测试系统的开发方法。最后给出了一个洗衣机主控板测试系统的具体例子。
关键词：
仿真，虚拟仪器，测控，硬件在环
1.
前言
现代工业面对了越来越多的挑战：激烈的市场竞争和环境保护方面政府的严格约束。针对这些挑战的主要策略是减少新产品的设计和测试时间，减少开发费用，减少产品投入市场的周期。解决这些问题的方法主要是产品开发和过程设计中CAD/CAE/CAM技术的有效利用。在两个最困扰机电产品设计和开发人员的主要问题中，第一是如何合理选择部件和子系统以满足系统需求，第二是如何在低成本条件下测试系统性能。仿真技术则成为了解决上述问题的答案。仿真实验分析技术对于利用实际部件和系统的实验数据获得深入的知识和了解非常有帮助。计算机仿真为在变条件和不同参数的情况下描述和分析系统行为提供了可能。同时，可以获得足够数量和质量的分析数据。它具有不需要实际工作环境，不需要复杂加载系统等许多优点，这些优点给技术开发人员指出了一条非常具有吸引力的方向。
过去，仿真技术的研究主要集中于仿真工具方面，而对于现代机电系统，则相对忽略了仿真模型的精度和功能准确度。不管仿真工具如何先进，不合适的仿真模型肯定会导致错误的仿真结果。这是现代仿真技术面对的主要问题。
虚拟仪器技术使用主流计算机技术，并结合了创新、灵活的软件模块，高性能的硬件技术创造了强大的以计算机为基础的仪器解决方法。虚拟仪器技术的领导者，国家仪器，发布了一整套软、硬件工具用于建立测控应用。他们为仿真系统和仿真模型的开发提供了一个良好的基础。
运行环境仿真系统的研究首先集中于仿真模型，精确建立一个针对机电部件和系统的动态案例仿真模型库。这个动态仿真模型库具有三个优点：a）它提供了一个基于案例推理技术的仿真模型分类结构，它可以动态调整模型数据库结构以满足实际系统需求；b）它具有测试仿真模型和真实系统匹配度的功能；c）它具有一个系统辩识工具，可以从实际的实验结果中提取精确模型，并重构动态模型库。这些优点可以有效解决以前静态模型库带给仿真实验的问题：动态仿真模型库具有动态和自适应的能力，可以满足更加广泛的需求。运行环境仿真系统另一个关注的是建立硬件在环测试系统。以虚拟仪器技术为基础，这项工作变的更加容易。具体的结构和开发方法将在后面介绍。
2. 运行环境仿真系统的结构和开发方法
运行环境仿真系统包含两个部分：一是动态案例模型库，二是硬件在环测试系统。具体结构见图1。
图1 运行环境仿真系统结构图
动态案例模型库主要包括几个模块，索引引擎，数学模型库，数据描述库，其它数据库，动态辩识模块，模型测试和评价模块。
硬件在环测试系统可以分为软件和硬件部分。软件部分主要是测控软件模块；硬件部分包括全部硬件系统，如PXI总线系统，PCI总线系统，Compact-RIO系统等。
1） 动态案例模型库
动态案例模型库的开发主要以NI LabVIEW 仿真模块，Matlab，和其它仿真工具包为基础进行。这些工具为建立机电系统的模型库提供了一个完整的平台。动态案例模型库包含三个主要部分：案例模型库（索引引擎，数学模型库，数据描述库，其它数据库），系统辩识软件模块，模型测试和评价模块，模型传输和修改模块。主要结构见图2。
图2 动态案例模型库的结构图
A. 案例模型库
模型库采用案例推理技术实现，这项技术在80年代后期逐渐被越来越多的人工智能研究人员关注，它是一种利用过去案例和经验解决问题的类推方法。总的来说，案例推理技术采用以下的推理步骤：
a） 确认问题：输入需求，初始化条件和问题相关信息；
b） 获取案例：根据需求和初始条件，寻找与实际问题类似的案例；
c） 修改案例：从最类似的案例或案例组中提取目标解决方案，通过修改目标方案满足实际需求；
d） 存储案例：解决完问题后，将最新的解决方案存贮到案例库中。
案例推理技术最重要的部分是建立案例的索引引擎和设计索引算法。我们可以利用这个技术建立案例数据库。整个数据库将来可以建立成具有可重构特性的分布式网络结构。它最主要的优势在于能够根据用户需求重构分布式网络，并快速引导到合适的案例。这项技术具有很强的自适应能力。
在这个模型库中，机电系统和部件的模型可以分为几个主要部分，如机械，电子电气，液压等。这些分类组建成一个树型结构。例如，电子电气组件可以分为微处理器，执行器，驱动系统，传感器等。进一步，执行器还可按照不同的类型，功率，最大转速，驱动方式等再进行分类。图3给出了一个简化的电机分类的例子。其中案例i代表模型库中的一个原始模型。
图3 简化电机模型分类
根据以上的分类，我们可以对不同的模型获得多种快速，有效的索引方法。例如，如图3所示，现在在这个模型库中具有三个案例，每个代表一种类型的电机模型。如果现在我们需要得到功率大于1kW，最大速度大于3000rpm的
