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20-sim是用于機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模和仿真軟件包。它運(yùn)行在帶有Windows操作系統(tǒng)（Vista， 7，8，8.1和10）的PC計(jì)算機(jī)上，需要450MB的磁盤(pán)空間。使用20-sim，您可以以圖形方式輸入模型，類(lèi)似于繪制工程方案。使用這些模型，您可以模擬和分析多域動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的行為并創(chuàng)建控制系統(tǒng)。您甚至可以生成C代碼并在硬件上運(yùn)行此代碼以進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和HIL仿真。
20-sim為您提供了可以讓您直觀的創(chuàng)建模型的功能。您可以使用方程式，框圖，物理框圖和鍵圖創(chuàng)建模型。各種功能可幫助您構(gòu)建模型，模擬它們并分析它們的性能。
下圖顯示了20-sim與一個(gè)受控的六邊形物體的模型。該機(jī)構(gòu)是用三維力學(xué)功能生成的，并與力學(xué)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行器和傳感器模型連接。六邊形物體由PID控制器控制，該控制器在頻域中進(jìn)行調(diào)整。構(gòu)建和模擬這個(gè)模型所需的都在軟件包中。不需要外部軟件或編譯器。
編輯
20-sim軟件由兩個(gè)緊密的窗口組成。在編譯器和模擬運(yùn)行中創(chuàng)建模型，結(jié)果顯示在模擬器中。啟動(dòng)20-sim時(shí)，編輯器將打開(kāi)。編輯器包括一個(gè)模型庫(kù)樹(shù)，您可以從中將元素拖放到繪圖畫(huà)布以構(gòu)建模型。20-sim編輯器將根據(jù)顯示的型號(hào)顯示為圖形編輯器或文本編輯器。該庫(kù)包含用于構(gòu)建鍵圖模型的元素，用于構(gòu)建物理系統(tǒng)的組件和用于構(gòu)建框圖模型的塊。全部庫(kù)元素都是開(kāi)放的，可以由用戶(hù)更改。該庫(kù)包含以下元素：
鍵圖：用于構(gòu)建鍵圖模型的元素
Iconic Diagrams：用于構(gòu)建物理系統(tǒng)的組件
電氣：建筑電網(wǎng)的組件
機(jī)械：用于構(gòu)建平移和旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的組件
液壓系統(tǒng)：用于構(gòu)建液壓系統(tǒng)的組件
熱量：用于模擬熱傳遞的組件
框圖：用于構(gòu)建框圖模塊型的塊：線(xiàn)性和非線(xiàn)性塊，源和匯，傳遞函數(shù)
示例：示例模型展示了庫(kù)模型的基本使用。
圖形模型
20-sim中的模型是面向?qū)哟蔚?。頂部的模型稱(chēng)為主模型。它由稱(chēng)為子模型的圖形元素構(gòu)成。子模型可以方便連接。根據(jù)子模型，連接可以是共享變量或物理連接，一個(gè)子模型本身可以由多個(gè)子模型構(gòu)建，深入多層。在層次結(jié)構(gòu)的底部，模型由方程組描述。這些模型稱(chēng)為方程模型。
方程模型
方程模型可以稱(chēng)為SIDOPS ++的語(yǔ)言指定。SIDOPS++與Maple，Matlab等數(shù)學(xué)軟件包很相似。
上圖顯示了方程模擬的示例。20-sim方程模型具有由關(guān)鍵字指示的基本布局。
參數(shù)：值的定義，在模擬期間不會(huì)更改
變量：在模擬期間發(fā)生變化的值的定義
方程式：實(shí)際方程式
方程式參數(shù)和變量之間的關(guān)系，用等號(hào)（=）表示。各種數(shù)學(xué)函數(shù)和運(yùn)算符可用于方程。
建模工具
20-sim具有很多構(gòu)建高等模型的功能：
控制器設(shè)計(jì)編輯器：此功能可以幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)帶有線(xiàn)性設(shè)備，控制器和預(yù)過(guò)濾器的反饋系統(tǒng)?？梢允褂肂ode和Nyquist圖來(lái)研究開(kāi)環(huán)和閉環(huán)響應(yīng)
3D機(jī)械編輯器：3D機(jī)械系統(tǒng)難使用一維元素進(jìn)行建模。因此，3D Mechanics Editor允許用戶(hù)通過(guò)拖放3D工作空間中的實(shí)體，關(guān)節(jié)和對(duì)象來(lái)定義機(jī)械系統(tǒng)。自動(dòng)生成相應(yīng)的一組微分方程。
向?qū)В焊鞣N向?qū)椭鷦?chuàng)建運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，定義凸輪，構(gòu)建伺服電機(jī)等等。
模擬
模型準(zhǔn)備就緒后，可以從編輯器打開(kāi)模擬器。在引擎蓋下，模型會(huì)自動(dòng)編譯以創(chuàng)建仿真代碼。不需要外部工具。在編譯階段，20-sim將檢查模型是否正確并改善方程。模擬器用于運(yùn)行模擬和分析模型。在開(kāi)始模擬運(yùn)行之前，用戶(hù)需定義一些設(shè)置：
運(yùn)行屬性：運(yùn)行的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間
積分方法：20-sim支持很多高等數(shù)值方法來(lái)運(yùn)行模型?？梢赃x擇數(shù)值方法以及適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。這些設(shè)置包括例如maximum integration error和step size。
參數(shù)值：在模擬運(yùn)行之前，可能需更改默認(rèn)參數(shù)值
繪圖屬性：設(shè)置繪圖的數(shù)量和外觀，并且選擇要繪制的變量
在模擬圖旁邊，結(jié)果也可以在20-sim中顯示為3D動(dòng)畫(huà)。提供了一個(gè)特殊的編輯器，其中任意變量都可以連接到3D對(duì)象的位置、方向、大小和顏色?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)3D對(duì)象，例如立方體和球體，但也可以從CAD包中導(dǎo)入對(duì)象。
分析
20-sim包具有兩個(gè)可用于分析模型的功能
時(shí)域：這允許通過(guò)更改參數(shù)值和使用多次模擬運(yùn)行來(lái)進(jìn)行模型分析。參數(shù)掃描和曲線(xiàn)擬合將有助于提高系統(tǒng)性能。敏感性分析，蒙特卡羅分析和變異分析將有助于檢查系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
頻域：20-sim中的模型可以線(xiàn)性化，以在線(xiàn)性系統(tǒng)編輯器中顯示相應(yīng)的線(xiàn)性系統(tǒng)。線(xiàn)性系統(tǒng)編輯器是用于設(shè)計(jì)和顯示線(xiàn)性系統(tǒng)的工具。編輯器支持連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間SISO系統(tǒng)。并可以通過(guò)Bode和Nyquist圖顯示系統(tǒng)響應(yīng)。如果模型不能進(jìn)行線(xiàn)性化，則可以使用傅立葉變換來(lái)顯示模型的頻率行為。
腳本
使用腳本，可以使用腳本功能自動(dòng)在20-sim中運(yùn)行任務(wù)。通過(guò)這些功能，可以自動(dòng)打開(kāi)和運(yùn)行模型，可以更改參數(shù)，可以導(dǎo)出結(jié)果等等。
20-sim腳本功能可以在Matlab或GNU Octave中作為m文件運(yùn)行。GNU Octave是一個(gè)開(kāi)源環(huán)境，允許運(yùn)行類(lèi)似于Matlab的m文件。腳本功能可用于打開(kāi)和模擬20-sim模型，將參數(shù)值導(dǎo)出20-sim模型，運(yùn)行模擬，導(dǎo)出模擬圖等等。
代碼生成
在20-sim模型中，可以生成C代碼以用于外部系統(tǒng)，HIL模擬器等。模板允許使用前置和后置命令，文件鏈接，注釋等來(lái)自定義C代碼。內(nèi)置允許您為各種目標(biāo)生成代碼的模板：
20-sim 4C：軟件包20-sim 4C有助于在硬件上運(yùn)行C代碼以控制機(jī)器和系統(tǒng)。20-sim 4C從20-sim導(dǎo)入模型（c-code）并在嵌入式arm板，PC 104系統(tǒng)等硬件上運(yùn)行它們。
Matlab Simulink ：生成用于MATLAB Simulink的C代碼還包括一個(gè)帶有輸入和輸出終端的子模塊。20-sim使用MEX編譯器將此代碼直接編譯為S-Function。這些S-Function也可以在Real Time Workshop中使用，以便為平臺(tái)生成代碼，例如xPC目標(biāo)。
C代碼：20-sim可以生成獨(dú)立的C代碼，用于C和C++程序。生成的C代碼提供了幾個(gè)固定步長(zhǎng)的仿真算法，使其能夠?qū)崟r(shí)運(yùn)行。默認(rèn)支持Euler和Runge-Kutta方法。
