试析机电一体化系统的联合仿真技术

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摘 要：机电一体化系统有着广泛的应用范围，随着科技的不断进步，这一系统在应用的过程中，各项性能越来越完善，在应用的过程中，有效提高了生产与运行的效率。联合仿真技术是机电一体化技术不断发展的产物，其可以保证机电产品向着自动化、智能化的方向不断发展。在应用机电一体化系统后，机电产品的加工对人工操作的依赖性越来越小，在系统发生故障后，可能会发生无法及时处理的问题，这影响了系统的稳定运行，通过研究发现，在机电一体化系统中应用联合仿真技术，可以有效的减少故障发生的概率，下面笔者对这项技术进行简单的介绍。

关键词：机电一体化；系统；联合仿真；技术；自动化；智能化

机电一体化技术的广泛应用是科技不断进步的体现，这项技术可以实现机电产品的自动化生产，可以保证生产系统的智能化运行。机电一体化技术在发展的过程中，运行系统越来越完善，功能越来越多，相关技术人员在机电一体化系统中加入了通信技术以及微加工技术，这提高了机电一体化系统的应用效果，可以生产出更多精细的机电产品。本文对机电一体化系统中的联合仿真技术进行了介绍，在应用这项技术后，可以促进机电一体化体系更好的发展，可以促进机电产品生产与加工行业更好的发展。

1 机电一体化系统的特点

机电一体化系统具有强大的信息处理功能，还具有一定控制的功能，其在传统生产系统的基础上加入了电子技术，利用电子设备，可以实现系统的自动化运行。机电一体化系统是将机械装置、电子技术以及相关软件有效的结合在一起，构成了一种新的系统，不需要借助较多的人工操作，就可以实现系统的稳定运行。由于很多企业都缺乏实操性人才，使得企业机电一体化系统无法发挥出最大的效用。在有的现代化机电产品生产企业中，高薪聘请了较多专业人才，结合企业的生产现状对机电一体化系统进行了完善，这促进了企业的发展，提高了企业的竞争力以及生产效益。

机电一体化系统在运行的过程中，也会出现故障问题，由于采用的自动化、智能化的运行模式，所以，在发生故障时无法及时的维修与处理。机电一体化系统中存在的故障隐患比较多，很多故障都是长期累积产生的，由于发现不够及时，在处理时难度也比较大。采用联合仿真技术，可以有效的解决这一问题，这项技术可以对系统存在的安全隐患进行检测，可以提高系统运行的稳定性。仿生容错技术是一种常见的联合仿真技术，其可以及时发现机电一体化系统中存在的故障隐患，可以保证系统运行的安全性，可以保证机电产品生产的连续性，可以保证企业的经济效益，值得在机电一体化系统中大力推广。

2 仿真硬件容错研究现状

仿真硬件容错技术有着良好的应用前景，在对仿真容错技术进行研究时，需要结合电路系统的实际运行情况，随着科技的不断发展，机电企业中，电路系统的结构越来越复杂，功能也越来越多，传统的硬件容错技术已经无法满足系统安全、稳定运行的要求，技术人员必须结合当前电路系统，对硬件容错技术进行改进与优化，要保证系统运行的稳定性以及可靠性，要保证容错技术发挥出故障检测与修复的功能。应用联合仿真技术，研究人员从自然界获得了设计的灵感，提出了机器自我繁殖、自我修复的构想，利用进化计算以及胚胎理论，研究人员提出了仿生硬件的概念，这一理念在被提出后，发展的速度非常快，已经逐渐成为了计算机研究的重点内容，研究人员在进化硬件的基础上，提出了容错的想法。它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性。采用仿生硬件实现的容错，不需要显式冗余，而是利用进化本身固有容错的特性，这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的。

3 仿生硬件的容错技术新思路

3.1 胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理

仿生硬件可以分为进化型和胚胎型，其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统，是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件。胚胎型仿生硬件的容错体系结构，主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成。开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合，控制线轨内各线段的使用。胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、控制模块等。存储器用于保存配置数据位串，并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果，从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置。坐标发生器根据每个细胞最近两侧邻居细胞的坐标为其分配坐标。I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号。功能单元用于实现一个n输入的布尔函数，用于实现所需的细胞功能。直接连线负责功能单元之间的相互通信。控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换。

3.2 胚胎型仿生硬件实现容错的策略

为了实现对故障细胞的容错，常用的容错策略有两种：行（列）取消和细胞取消策略，通过记录有错的单元位置，重新布线，用其他备用的单元来代替。但是对于连线资源故障，这些策略并未给出相应的对策。在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上，本文提出一种针对线轨故障的容错策略。

3.2.1 行（列）取消策略。在行（列）取消中，若一个细胞出错，则它所在行（列）的所有细胞都将被取消，而该行（列）细胞的功能将被其上一行（右一列）的细胞所代替，即当一个细胞出错时，细胞所在行（列）上移（右移）到一个备用行（备用列）来代替它当前的工作。

3.2.2 细胞取消策略。在细胞取消中，用备用细胞代替故障细胞分两个阶段。当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时，整行被取消，行细胞上移，用备用行取代出错行的功能。

3.3 胚胎型仿生硬件内部错误检测机制

多数表决器判断输出多数细胞模块的信号，但并不能判断出具体哪个细胞出现了错误，也就没法启动对出错细胞的重启动或重构来修复该细胞。为了能检测出错细胞的具置，从而修复该细胞，进一步提高三模冗余的可靠性，需要设计相应的差错检测器。

结束语

联合仿真技术对机电一体化系统安全、可靠、稳定的运行有着促进作用，这项技术是科技不断发展的产物，其在刚刚被提出后，受到了国际的热议，相关研究人员将自然计算引入了仿生硬件的研究中，而且融入了容错技术，这可以使仿生硬件发挥出自修复的功能。机电一体化系统具有较高的效率，但是其在运行的过程中也会出现故障问题，只有及早发现故障，及早处理，才能保证系统运行的效率，才不会影响机电企业的经济效益，通过应用仿生硬件容错技术，有效的降低了系统出现故障的概率。

参考文献

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[2]安红杰.机电一体化技术的现状及发展趋势[J].黑龙江科技信息，2012（1）.

[3]贾启升.简述机电一体化技术发展状况及趋势[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012（1）.

作者简介：王建国，身份证号：452128196003156030。