控制系统协同建模分析平台KeSIM
一、软件概述
KeSIM是一套面向控制系统的建模仿真软件平台，用于产品概念和方案设计阶段快速构建系统的数学模型。
KeSim源于航天设计领域，是由控制专业富有经验的设计师和建模仿真专家根据实际工程问题和需求合作开发的，并经过多年积累和大量工程问题的检验，逐渐发展成为一种用于解决控制与多学科动态系统联合建模、仿真分析的平台。借助KeSim提供的图形化建模环境、卓越的代码自动生成技术、丰富的数据分析工具，以及灵活的模型库和专家知识库框架，可以帮助企业建立符合自身研制特色的企业级数学模型库，方便用户对控制系统进行方案设计、参数选定和性能评估，提高设计效率和质量，降低研制成本和风险。
二、软件组成
1. 体系架构
图 2 以图形化建模环境为核心的体系架构
图 2 以图形化建模环境为核心的体系架构
2. 功能组成
图 3 KeSIM功能组成
图 3 KeSIM功能组成
表格 2 KeSIM软件模块一览表
基本功能模块 |
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图形化集成建模环境 |
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C/C++代码自动生成模块 |
由系统框图自动编译出C/C++语言的程序代码 |
仿真器实时监控模块 |
实施监控仿真计算过程，查看和修改设计参数 |
数据分析模块 |
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本地模型库管理 |
简单管理本机模型 |
高级功能模块 |
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分布式计算和调度 |
支撑分布式异地模型接口的调用 |
远程模型库管理 |
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用户/权限管理 |
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任务管理和协同建模 |
设计任务、团队的管理，多用户对复杂系统的协同建模 |
设计方案的版本管理 |
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附加功能模块 |
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模型开发和封装工具 |
支持用户采用C/C++、FORTRAN、MATLAB等语言快速创建规范的自定义模型，集成企业遗留代码（FORTRAN/C） |
FORTRAN代码自动生成模块 |
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与工程设计软件的集成 |
与Satellite Tool Kits（STK）、MATLAB、ADAMS等工程设计软件集成 |
和企业邮件系统的集成 |
利用企业内部邮件系统，支持多用户协同建模 |
与企业门户系统的集成 |
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3. 软件特点
- 强大的图形化建模仿真能力，依据基于模型的设计理念，建立从部件级到系统级的复杂模型；
- 可依据企业特点灵活配置的数学模型库架构，帮助企业整合知识资源，建设专家知识库；
- 对网络化分布式协同设计的有效支持，提供实现复杂系统异地联合建模仿真的能力；
- 卓越的代码生成技术，可以由图形化系统模型自动生成相应的可读性好的C/C++或FORTRAN源代码，这些代码可以通过编译生成可执行程序，被平台或用户调用，允许用户直接修改源代码且能被平台维护；
- 提供简便易用的模型封装工具，方便用户将已有的模型规范入库，并支持C/C++和FORTRAN的模型混合建模；
- 开放的体系架构能方便与其他多种工程设计软件实现集成，以便建立完整的复杂功能虚拟样机。
三、图形化建模和仿真
KeSim的图形建模环境允许用户直接在窗口上绘制系统框图，从而构建系统的数学模型。KeSim的建模过程非常简单——通过拖拽操作直接将模型从库中引入工作区，指定模型间连接关系，设定模型参数，即完成建立系统模型。
KeSim自动将系统原理图描述的数学原型转化为相应的C/C++或FORTRAN代码，然后编译为可执行文件，用于后台计算或被其他设计软件调用。采用这种方式建模、自动生成代码、编译和仿真计算的架构使平台具有如下优点：
- 编译执行可获得最快的运算速度，比翻译执行有质的飞跃，针对系统级复杂模型的设计有突出优势。
- 可直接分析调试源代码。模型可以由DLL动态链接库文件提供，保护知识产权。
- 为在KeSim平台上快速灵活定制特定工程应用提供了后台技术基础。
四、企业级模型库框架
基于网络的KeSim模型库架构提供了建立企业级数学模型库的解决方案，同时KeSim模型开发工具能将用户建模能力提升一个更高水平——规范自有模型并入库分类管理，以便共享和复用。
KeSim模型库架构解决了两个关键问题：第一，多语言建模和仿真，用户可以使用熟悉的计算机语言如C/C++或FORTRAN来开发模型，KeSim将自动封装模型接口，从而实现多语言混合编程；其二，严格的模型保护机制，模型通过暴露其接口对外交互，完全确保对模型知识产权的保护。
五、工程设计软件集成
KeSim与其他工程设计软件具有良好的集成性，如ADAMS、MATLAB、STK（Satellite Tool Kit）等，借助多种软件的优势特点对大型复杂系统进行整体分析，建立完整的复杂功能虚拟样机。
六、应用案例 —— AOCS系统
在平台架构下，通过图形化建模仿真技术、模板应用、界面设置与数据绑定技术，可以依照特定需求定制工程应用。
AOCS系统是航天科技集团502所的集成设计平台，以航天器控制系统设计上水平工程的三项原则为基础——“标准化、通用化、模块化”原则、集成网络化原则、可扩展性原则，在KeSim平台架构下定制而成。
