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键结图

王朝百科·作者佚名  2009-11-17  
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键结图是一种「动态系统模拟」(Dynamic Modeling)的方法,英文的原名叫做Bond Graph,在中国通称为「键图」。键结图是利用能量的观点,以巨观的方式,找出在许多能量系统间运作的共通处。利用能量键(Power Bond)定义出「势」(Effort)与「流」(Flow)的观念。由于势与流的乘积可以得到所通过的能量,因此可以经由能量储存与转换的关系,定义出广义位能储存元件(Capacitor),广义动能储存元件(Inductor),广义阻抗元件(Resistor)等直接储存或转移能量的三大基本元件。由于键结图的发明人潘特博士(Henry Paynter, 1923-2002)最早是使用电路元件的观念来模拟其他的物理系统,因此采用了如电容,电感与电阻等模拟元件的名称。

键结图中除了定义C,I,R等三大单闸元件(One-Port Element)外,也定义了转能结(TransFormer)与回能结(GYrator)等双闸元件(Two-Port Element),在机械系统中常见的转能结是齿轮减速元件(Gear Train),至於回能结则是陀螺仪(Gyroscope),另外为了能配合各元件间的衔接,则定义了两种连结元件(Junction),分别有共流结(1-Junction)与共势结(0-Junction)等两种,能量来源的部分则定义了「势源」(Effort Source)与「流源」(Flow Source)等两类。总结上述,键结图共定义了C(储位能元件),I(储动能元件),R(阻尼元件),TF(转能结),GY(回能结),1(共流结),0(共势结),Se(势源),Sf(流源)等九种基本的元件。

由於键结图法可以依需求在推导系统的表态方程式(State Equations)过程中,依实际需求或假设,使用线性或非线性的元件组成方程式,并且当系统元件确立後,就可以依据因果关系(Casuality)的设定,了解系统元件间的能量独立或相依的关系。除了表示能量流动的能量键外,也可以将整个键结图当成另一键结图模式的基本元件,或经由讯号键(Information Bond),传递控制线路的讯号。因此键结图模拟法可以说是最早的物件模拟法(Object-Oriented Modeling),也因此能在1980年後,配合个人电脑的发展,将动态模拟以系统化的建构,完成许多电脑辅助的系统,此一发展到了2000年,由瑞典创立的物件模拟法协会(Modelica Association),正式发表物件模拟语法(Modelica Modeling Language),提出比键结图更适合发展大型复杂系统的架构,并且将键结图模拟法纳入其中。

尽管如此,以键结图模拟法为内涵的模拟系统,仍然不断发展中,并且加入许多机电光整合的模拟元件,因此,目前无论是使用键结图法(Bond Graph)或物件模拟法(Modelica)所完成的模拟元件或子系统,都可以如硬件元件一样互通,也可以进一步让巨观(Macro)物件模拟处理更大更复杂的系统。

 
 
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