一体化建模仿真平台软件20-sim功能介绍及其应用
20-sim是一款机电一体化仿真模拟软件，20-sim带有内置功能，可帮助您设计和分析模型。
软件功能
三维动画
三维动画是检查和验证模拟结果的方法，尤其是在三维空间中工作时。可以使用3D动画编辑器将20-sim中的模拟结果显示为动画。动画由预定义的对象组成，例如立方体，球体，线，正方形，相机和灯光。可以使用通用交换格式从CAD软件包中导入复杂对象。
对象
20-sim模型的变量都可以连接到对象。可以通过这种方式控制对象的各种属性：位置，方向，大小等。可以通过控制对象的颜色来创建热图，参考框架对象可用于对动画对象进行分组并继承对象属性。可以复制对象，需单击几下鼠标就可生成复杂的动画。
连接到模拟
动画与20-sim中模拟器链接。在绘制绘图时，将同时显示动画！仿真完成后，将保留此链接。在检查数值时，您会注意到三维动画同时改变！
电影
每个动画都可以导出为电影。20-sim支持标准格式，包括YouTube，AVI和WMV。
三维力学
3D Mechanics可帮助您在20-sim中构建3D机械系统。您可以通过在3D工作区中拖动实体来创建多实体系统。每个物体的表示可以更改为球体，块，圆柱等。此外，可以更改颜色并可以添加描述。物理的大小和形状用于表示，物体的惯性系数和质量可以表征。
关节
身体通过关节相互连接。库中有几个关节，分为两组：旋转关节和平移关节。这些关节也可以拖放到工作空间中。可以添加约束来创建闭环系统，如四杆机构或Stewart平台。
接口
用户界面有四种不同的模式，您可以在其中选择，连接，平移和旋转实体和关节。为了使图形用户界面尽可能自然，我们做了很多工作。支持多个视图。除了三维环境外，还可以看到xy xz和yz平面中的二维交点。
模型
3D Mechanics编辑器可以从您的3D模型生成20-sim模型。此20-sim模型包含模型的动力学和运动学。力可以施加到关节上，也可以直接施加到每个物体上。您还可以将20-sim中的力学库中的弹簧和阻尼器耦合到关节，因为整个模型是基于端口的。重力可以设定围外力。然后，利用三维动画显示整个模型的动态响应。
代码生成
代码生成允许您从20-sim模型中生成C代码。使用内置模板，可以为各种目标生成C代码。
20-sim 4C
软件包20-sim 4C可帮助您在硬件上运行C代码以控制机器和系统。20-sim 4C可为控制工程师提供原型制作。使用20-sim 4C，您可以在硬件上运行C代码以控制机器和系统。20-sim 4C从20-sim，Simulink和Scilab导入模型（C代码），并在嵌入式臂板，PC 104系统等硬件上运行它们。
学生都可以使用20-sim 4C。需单击几下鼠标，您就可以加载C代码并在硬件上运行它。在20-sim 4C中，您可以启动和停止代码，检查变量并记录数据。20-sim 4C具有多种功能。使用20-sim 4C，您可以进行测量，运行执行器和控制机器。支持广泛的硬件，使您可以执行每个任务。
Matlab Simulink
生成用于MATLAB的C代码Simulink还包括带有输入和输出端的子模型。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，以便为平台（例如xPC Target）生成代码。
C代码
20-sim可以生成用于C和C++程序的独立C代码。生成的C代码提供了几种固定步长仿真算法，有确保它可以实时运行。默认情况下支持Euler和RungeKutta方法。
范本
C代码模板都是开放的，用户可以进行修改以分配编译器，运行ftp会话，并使20-sim代码生成与（远程）计算机上的实际代码运行之间的操作自动化。在生成C代码期间，将为20-sim运算符生成支持代码，例如矩阵计算和三角函数。
控制器设计
控制器设计可帮助您设计20-sim的控制系统。它包含各种工具，可以帮助您为诸如控制器设计编辑器，过滤器编辑器和神经网络编辑器之类的机器开发控制器。该编辑器是用于设计反馈控制系统的工具。子系统的反馈结构带有线性工厂，控制器，测量和预滤波器。
您可以将控制器编辑为ABCD状态空间系统，传递函数或零点增益形式。子系统之一的更改会直接更新打开的图和对话框。例如，调整控制器增益会改变闭环系统的零点以及整个阶跃响应。与MATLAB进行20-sim和线性系统交换的集成使该编辑器成为设计反馈控制系统的工具！
动态误差预算
精密机器的性能主要受到注入这些机器的干扰的限制。这些干扰本质上通常是随机的。动态误差预算是一种可以计算这些干扰性能的影响的方法。这种方法的优势在于，它使设计人员能够输入各个干扰的影响，并查看和优化整体机器性能。您可以使用动态误差预算来有效的设计超高精度机器。
您可以在20-sim Simulator中打开“动态误差预算”工具。使用此工具，您可以在模型的点输入干扰（作为功率谱密度）。对于每种干扰，您需选择一个相应的模型变量并定义噪声属性即可。通过选择输出，您可以在该输出上检查这些干扰的结果。
在图形中，您可以看到由于干扰而在所选输出上产生的误差。误差以功率谱密度（PSD）和累积功率谱密度（CPS）的形式给出。CPS值的平方根等于输出误差的标准偏差。标准偏差显示在“输出西格玛”选项卡中。
动态误差预算工具是20-sim的频域功能的一部分。
编辑
在20-sim编辑器中输入并编译模型。该编辑器是一种多功能工具，可帮助您输入支持多种系统的模型，包括线性，非线性，离散时间，连续时间和混合系统，而不用将用户限制在模型表示形式上。输入并调试后，可以检查和编译模型。打开模拟器时，此操作会在后台自动执行。
模型表示
可以使用公式，状态空间藐视，键合图框图和组件或图标图在20-sim中对系统建模。这些描述可以结合在一起以创建混合模型。
开源
20-sim模型存储在文件中。Windows资源管理器用于库管理。20-sim模型都开放！您可以将它们从Windows资源管理器拖放到20-sim编辑其中并进行更改。您可以将原始模型和更改后的模型存储在单独的文件夹中，以创建自己的模型库。
频域
频域包括线性系统编辑器，FFT分析工具，模型线性功能和动态误差预算。
线性系统编辑器
线性系统编辑器是线性系统的设计和分析的工具，该编辑器使用各种表示形式支持连续时间和离散时间SISO系统。图形界面允许您以所需的形式编辑线性系统：ABCD状态空间，传递函数或零点增益。通过分析阶跃响应，波特图，奈奎斯特图，尼科尔斯图和零图，您可以评估系统行为。
计算相位，增益和模量裕度，以及上升时间，过冲和稳态值。输入可以来自20-sim线性系统模型，20-sim滤波器或控制编辑器，MATLAB工作区或用户输入。您能够为20-sim编辑器，剪贴板和MATLAB工作区生成输出。
傅立叶变换（FFT）可以应用于20-sim中的时域图。仿真结果或测量数据都可以。当数据分布不均时，初次应用线性插值，然后使用傅立叶变换来计算频率内容。支持三种表示形式：幅度和相位图，频率图和功率谱密度图。
线性化
20-sim模型都可以线性化为状态空间形式。如果可能，线性化将象征性的进行。否则，将以数字形式执行线性化。生成的状态空间模型显示在20-sim线性系统编辑器中。线性系统编辑器是用于设计和分析线性系统的工具。该编译器使用各种表示形式支持连续时间和离散时间SISO系统。标准化图使您可以评估系统行为。如果可能，20-sim模型都可以线性化。
功能：
在这些形式之间进行自动转换，将其编辑为ABCD状态空间，传递函数或零点增益。
在连续时间和离散时间表示之间进行转换
查看功能属性，例如本征频率和阻尼
处理数字和符号模型
各种绘图选项：阶跃响应，波特图，奈奎斯特图，尼科尔斯图和零图
动态误差预算
动态误差预算编制是一种可以计算干扰对系统性能的影响的方法。20-sim有个工具，可以使动态错误预算编制变得简单明了。
机电一体化
机电一体化可帮助您对机电一体化系统建模。此功能包括运动曲线向导，CAM向导和伺服电机编辑器。
伺服电机编辑器
该伺服电机编辑器是一个程序，可以帮助工程师选择适合机电系统的正确伺服电机：
有刷直流（铁电枢电机体，空心转子电动机，盘式电枢电动机）
无刷直流
交流同步
交流同步线性
与电机制作商合作，为“伺服电机编辑器”创建了电机数据表。每个电动机的性能都可以通过转矩速度曲线来表示。伺服电机编辑器可以为仿真程序20-sim生成动态模型。在此程序中，您可以结合控制环和动态负载来模拟伺服电机的热行为和动态行为。
参与机电设备设计的工程师都可以从“伺服电机编辑器”中受益。通过在几分钟内找到较好的伺服电机，可以节省宝贵的时间和金钱，而不会出现过热或成功不足的风险。
模型库
20-sim附带了存储在库中的大量组件和子模型。这些库在每个20-sim版本中都是标准可用的。借助这些库组件，您可以创建液压系统，机械结构，电驱动器，控制系统等等。您可以单击编辑器左侧的“库”选项卡来检查库。
框图
框图允许您以图形方式表示系统中信号之间的数学关系。它们适合于模型控制系统。在20-sim中有一个大型的框图元素库。元素在编辑器中以图标显示。通过将元素拖动到编辑器并在元素之间建立适当的连接，可以创建框图模型。20-sim允许您使用数量的输入和输出信号创建用户定义的框图元素。信号大小可以是1（默认）或更大。
20-sim有一个大型的框图元素库，如线性、非闲心、离散和源元素。在20-simz中，您可以创建自定义的框图元素，并将它们添加到现有的库中，或者将它们合并到新定义的库中。从库浏览器（左）可以将元素拖放到编辑器（右）中。
键合图
20-sim是初次商业化发布的支持键合图建模的软件包。初代版本的20-sim于1995年发布，从那时起，不断改进键合图建模的努力使20-sim成为键合图建模的初次软件包。键合图是用理想过程来描述物理系统的一种网络的描述。使用键合图方法，系统属性被分割成一组（想象的）独立元素，每个元素描述一个理想的物理过程。为了便于键合图的绘制，常用元素符号表示。
20-sim有一个包含标准键合图元素的大型库。旁边的标准元素20-sim支持自定义用户制作的键合图的模型。
标志图
标志图或组件是物理系统的组成部分。它们允许您以图形方式输入物理系统的模型，用于绘制工程方案。在20-sim中，可使用大量的图标元素库。元素通过图标显示在编辑器中，这些图表看起来像物理模型的相应部分。您可以通过将元素拖动到编辑器并在元素之间建立适当的连接来创建模型。
20-sim具有大量的图标图元素库，例如电气，液压，机械和热模型。再20-sim中，您可以创建定制的图标图元素并将其添加到现有库中，或将它们组合到新定义的库中。
脚本编写
脚本允许您使用脚本功能在20-sim卡中自动运行任务。通过这些功能，您可以打开模型、运行仿真、更改参数、处理结果等等。
Python
Python是一种通用的编程语言，它着重于代码的可读性和用更少的代码行编写算法。可以从python程序运行20-sim脚本功能。已使用以下版本的Python测试了20-sim脚本：Python 2.7.x，Python 3.4.x和Python 3.5.x（32位和64位）。Python函数都可以在这里找到。
通过安装20-sim，您可以选择安装Python 3.4软件包。此安装提供足够的支持以开始使用20-sim脚本。但是，它不提供开发IDE或广泛的科学和数学库。
20-sim脚本功能可以在Matlab或GNU Octave中作为m文件运行。GNU Octave是一个开源环境，允许您运行于Matlab的m文件。如果您没有有效的Matlab许可证，则GNU Octave将是一个有用的选择。
仿真器
在编辑器中输入模型后，您可以检查并编译它。打开模型器时，此操作会在后台自动执行。该模拟器用于模型仿真和分析。
绘制视窗
仿真结果可以显示在曲线图和动画窗口中。仿真器主窗口用于指定仿真设置并运行仿真。在运行期间，其他图解和动画窗口将同时更新。绘图是可配置的。支持对数视图，真型字体，线条样式，标记样式和背景。可以轻松制作图和动画以进行发布（复制到剪贴板并粘贴到文档中）。
时域
使用时域，您可以进行参数扫描、优化等。在仿真过程中，计算模型的时域行为。基于这种时域行为，可以对模型进行分析。20-sim中提供了一套时域分析方法。
参数扫描
参数扫描是具有参数值变化的多个模拟。这是查看模型行为如何取决于参数值的方法。
参数优化
使用参数优化，可以通过更改指定的模型参数来大化模型的性能，可以将预定义或用户定义的成本函数用作模型性能的度量。可以使用优化方法来小化或大化这些成本函数。使用优化查找具有较好干扰抑制能力的控制器参数。
产业领域
自动化与机械
20-sim是用于设计和测试复杂的复杂机器和系统的出色工具。典型的应用是：
使用液压库中的组件对液压缸进行建模
使用电子库的组件对电驱动器进行建模
使用力学库的组件对齿轮箱和线性驱动器进行建模
科学与教育
20-sim是用于教学和进行涉及建模和仿真的研究的出色工具：
使用力学库可获取诸如惯性，摩擦刚度等物理属性
使用频域的系统动力学
使用控制器设计的控制系统设计
加工行业
20-sim是用于过程工业中复杂的复杂控制系统和多域系统的设计和测试的出色工具：
使用液压库中的组件对液压泵进行建模
使用Thermal Library的组件对热效应进行建模
使用库中的PID控制器
精密工程
20-sim是用于设计和组件的测试中的工具。典型的应用是：
使用电子库的组件对电驱动器进行建模
使用Mechanics库对线性平台和驱动器进行建模
使用3D Mechanics编辑器为机械链接建模
海洋领域
20-sim是用于设计和测试海上和海洋系统的出色工具。典型的应用是：
使用液压库中的组件对液压马达和液压缸进行建模
使用电子库的组件对电驱动器进行建模
使用力学库中的组件对绞车，电缆和杠杆进行建模
高科技系统
20-sim是用于高科技行业中组件设计和测试的出色工具。典型应用是：
使用电子库的组件对电驱动器进行建模
使用力学库对线性平台和驱动器进行建模
使用3D Mechanics编辑器为机械链接建模
土木工程
20-sim是用于土木工程动态系统设计和测试的出色工具：
使用液压库中的组件对液压泵，马达和液压缸进行建模
使用电子库的组件对电驱动器进行建模
使用3D机械编辑器为机械链接建模
汽车行业
20-sim是用于汽车应用设计和测试的出色工具。典型的使用领域是：
使用液压库中的组件对变速箱液压执行器进行建模
使用电子库的组件对电源进行建模
使用3D Mechanics编辑器为悬架系统建模
航空工程
20-sim是用于航空工程中部件设计和测试的出色工具。典型的应用是：
使用液压库中的组件对液压执行器进行建模
使用电子库的组件对电源进行建模
使用3D Mechanics编辑器为机械链接建模
