CN104615840B - 一种数字仿真模型的修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数字仿真模型的修正方法及系统，用通用建模工具和专业建模工具分别得到被仿真对象的简化数字仿真模型和精细数字仿真模型后，首先利用精细数字仿真模型对简化数字仿真模型进行初步验证和模型结构及参数修正，然后再利用被仿真对象的第一组实验数据对修正后的简化数字仿真模型进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在该组实验数据下满足模型验证的衡量指标要求，而后利用被仿真对象的第二组实验数据对满足第一组实验数据的简化数字仿真模型进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在两组实验数据下均满足模型验证的衡量指标要求，从而最终确定简化数字仿真模型。

Description

一种数字仿真模型的修正方法及系统

技术领域

本发明涉及数字仿真模型技术领域，更具体的说，涉及一种数字仿真模型的修正方法及系统。

背景技术

随着计算机仿真技术的发展，数字仿真成为人类认识物理世界以及探索改变物理世界的重要手段。数字仿真的关键技术是构建能够准确描述被仿真对象的数字仿真模型。所谓数字仿真模型指的是对研究对象某些与研究目的有关的本质属性的数学描述。为了能够在计算机上对这些数字仿真模型进行解算、计算，数字仿真模型需要通过某种建模工具体现出来。

目前常用的建模工具有通用建模工具和专业建模工具，专业建模工具相比通用建模工具精确度较高，但是由于计算机解算能力发展的限制，需要对通过专业建模工具所构建的数字仿真模型进行简化处理后才能进行仿真解算。在完成数字仿真模型的搭建后，还需要对数字仿真模型进行验证，也就是采用被仿真对象的输入去运行数字仿真模型，再比较数字仿真模型输出的数据与被仿真对象相应输出的数据的一致程度，通过验证，能够定量给出数字仿真模型的逼真度和仿真结果置信度。

传统的数字仿真模型建模和验证过程是相对独立的两个过程，也就是说，数字仿真模型建立完成后，模型的验证结果只给出衡量模型准确度的量化指标，若量化指标较低(表明数字仿真模型的准确度不高)，需要建模人员自行对数字仿真模型进行修正，之后再重复模型验证过程，直到数字仿真模型满足期望指标要求，如此反复，导致对数字仿真模型的修正效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数字仿真模型的修正方法及系统，以实现对数字仿真模型的自动修正，提高数字仿真模型的修正效率。

一种数字仿真模型的修正方法，包括：

采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正，直至在相同的输入下修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标满足预设接受值；

利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值；

如果是，则将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

如果否，则以所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数，用寻优得到的所述第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用所述第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

优选的，所述以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正的过程包括：

对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求；

如果否，则对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

优选的，在所述对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据之前，还包括：

将多组输入数据作用于所述被仿真对象，得到所述被仿真对象的多组实际输出数据；

将相同的多组输入数据作为所述精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求；

如果否，则对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。

一种数字仿真模型的修正系统，包括：

第一模型搭建单元，用于采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

第二模型搭建单元，用于采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

第一修正单元，用于以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

第二修正单元，用于利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正，直至在相同的输入下修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标满足预设接受值；

输出数据获取单元，用于利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

计算单元，用于计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

第一判断单元，用于判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值；

第一确定单元，用于在所述第一判断单元判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标满足所述预设接受值之后，则将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

第二确定单元，用于在所述第一判断单元判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标不满足所述预设接受值之后，以所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数，用寻优得到的所述第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用所述第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

优选的，所述第一修正单元包括：

第一仿真子单元，用于对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

第一判断子单元，用于以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求；

第一修正子单元，用于在所述第一判断子单元判断出所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据不符合所述第一预设要求之后，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

优选的，还包括：

实验数据提取子单元，用于在所述第一仿真子单元对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据之前，将多组输入数据作用于所述被仿真对象，得到所述被仿真对象的多组实际输出数据；

第二仿真子单元，用于将与所述实验数据提取子单元相同的多组输入数据作为所述精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

第二判断子单元，用于将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求；

第二修正子单元，用于在所述第二判断子单元判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据不符合第二预设要求之后，对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种数字仿真模型的修正方法及系统，用通用建模工具和专业建模工具分别得到被仿真对象的简化数字仿真模型和精细数字仿真模型后，首先利用精细数字仿真模型对简化数字仿真模型做初步验证和模型结构及参数修正，然后再利用被仿真对象的第一组实验数据对修正后的简化数字仿真模型重复的进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在该组实验数据下满足模型验证的衡量指标要求，而后利用被仿真对象的第二组实验数据对满足第一组实验数据的简化数字仿真模型进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在两组实验数据下均满足模型验证的衡量指标要求，从而最终确定简化数字仿真模型。可以看出，本申请将模型验证方法和模型参数优化方法集成以实现对数字仿真模型的自动修正，相比现有技术需要建模人员对数字仿真模型修正而言，本申请大大减少了人工修正的工作量，从而提高了对数字仿真模型的修正效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种数字仿真模型的修正方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种利用Simulink建模工具对液压舵机建立的仿真模型示意图；

图3为本发明实施例公开的一种在AMESim建模环境搭建的液压舵机的数字仿真模型的示意图；

图4为本发明实施例公开的一种精细数字仿真模型对简化数字仿真模型验证的方法流程图；

图5为本发明实施例公开的一种数字仿真模型的修正系统的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的一种第一修正单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种数字仿真模型的修正方法及系统，以实现对数字仿真模型的自动修正，提高数字仿真模型的修正效率。

参见图1，本发明实施例公开的一种数字仿真模型的修正方法流程图，包括步骤：

步骤S11、采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

通用建模工具的作用为：既能够方便快捷地实现对被仿真对象的原理性建模，又能够支持模型自动代码的生成，从而可以将简化数字仿真模型下载到通用实时仿真计算机进行实时仿真，通过实时仿真计算机运行解算简化数字仿真模型，实现与外界相关实物设备的数据交互，发挥简化数字仿真模型的实际作用。

其中，通过对被仿真对象进行工作原理分析实现对通用建模工具的合理选择，从而解决数字仿真模型到实时仿真模型的快速过渡问题，使模型的验证过程都集中在对简化数字仿真模型的验证过程。

步骤S12、采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

随着数字仿真对仿真模型的精确度要求越来越高，借助各专业建模工具，可以实现较为准确的物理对象建模，例如，利用Solidworks来实现机械系统的建模、利用AMESim来实现液压系统的建模等。

专业建模工具的特点是对被仿真对象进行精细建模，通过有限元计算、高阶微分方程组解算等，实现对被仿真对象的复杂精细计算。专业建模工具能够对被仿真对象进行全面的、细微特性的模拟解算，因此可以选择专业建模工具进行精细建模。

步骤S13、以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

其中，第一预设要求为两个数字仿真模型一致的判定准则，包括：变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

若简化数字仿真模型不满足一致性的判定准则，则需要对简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正。

针对同一个被仿真对象，采用通用建模工具建立的数字仿真模型和采用专业建模工具建立的数字仿真模型各有优势，对由不同建模工具建立的数字仿真模型进行对比，可以达到相互验证的目的。

举例说明，对于液压舵机，由于其是以高压液体作为能源，由电液伺服阀(包括力矩马达和液压放大器)、作动筒和位移传感器等组成，因此根据液压传动原理，采用通用建模工具可以建立液压舵机的数学模型，具体参见公式(1)、公式(2)和公式(3)，

式中，Δ表示增量，x为阀心位移量，y为活塞杆移动量，p为筒内油液压差，K₁表示筒内油液压差p为常数时，滑阀输出流量对阀心位移量x的偏导数，F表示活塞的有效面积，C₁表示阀心位移量x为常数时，滑阀输出流量对筒内油液压差p的偏导数，C₂表示液流系数，k_e表示油管管道弹性系数，V₀表示作动筒两腔容积平均值，E表示油液体积弹性模数，m为舵面及舵面传动机构折算到作动筒活塞的总质量，f为活塞活动阻尼系数，M_jΔδ为铰链力矩增量，L为摇臂长度，Δδ为舵面偏转角增量。

选定阀心位移量增量Δx作为模型输入deltex，舵面偏转角增量Δδ作为模型输出delta，根据数学公式，利用Simulink建模工具，可以建立如附图2所示的仿真模型。

在附图2所示的仿真模型中，三角形代表乘法运算，方形中的表达式为加减乘除运算，代表积分运算，圆圈中的+-分别代表加、减运算。

使用Simulink建模工具进行建模，一阶微分环节通过积分环节可以获得Δy，二阶微分环节通过一个积分环节可以获得再通过一个积分环节，则可以获得Δy。

对于液压舵机，还可以使用专业的液压系统建模工具例如AMESim等进行模型搭建。根据液压舵机的组成包括电液伺服阀(包括力矩马达和液压放大器)、作动筒和位移传感器等，在AMESim建模环境就可以进行液压舵机的模型搭建，具体参见图3，本发明实施例提供的一种在AMESim建模环境搭建的液压舵机的数字仿真模型的示意图。

步骤S14、利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正；

其中，目前国内外模型验证方法主要有秩和检验法、动态关联分析法、数理统计法、时-频分析法等。在实际应用中，预设模型验证方法具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

本申请以秩和检验法为例，对其基本原理及验证过程进行说明：

基本原理：如果所建立仿真模型与实际系统具有相似性，则在相同的输入条件下，仿真模型的仿真结果与实际系统的实验测试结果是相容的，其验证算法描述如下：

假设X₁,X₂,...,X_n是来自总体的X的样本，将其观察值x₁,x₂,...,x_n按从小到大顺序排序，即x₍₁₎≤x₍₂₎≤...≤x_(n)，如果x_k≤x_(j)，则称X_k的秩为j，记为R(X_k)＝j。

假设总体X和Y的分布函数分别为F(x)和G(y)，从X中抽出子样X₁,X₂,...,X_n，从Y中抽出子样Y₁,Y₂,...,Y_m，将两个样本混合在一起，并按递增排序。如果两个样本服从同一分布，则两个样本的观察值应均匀地交错排列在一起。

一般采用其中容量较小样本的秩和作为检验统计量，假设选择Y的样本在混合样本中的秩的和作为统计量，即可以证明T的数学期望E(T)和方差Var(T)分别参见公式(4)和公式(5)：

E(T)＝n(1+n+m)2/ (4)，

Var(T)＝nm(1+n+m)/12 (5)，

利用秩和检验法验证仿真模型的步骤包括：

1)建立检验假设；

H₀：总体X(代表仿真模型数据)和Y(代表被仿真对象实验数据)的分布函数分别为F(x)和G(y)相容；

H₁：总体X和Y的分布函数分别为F(x)和G(y)不相容；

2)对于取定的显著水平α，查秩和检验分布表，获得临界值T₁和T₂，使得

P(T≤T₁)＝P(T≥T₂)＝α/2；

3)将两个样本的观测值混合，并按从小到大的顺序，求其中样本容量小的样本中每个分量的秩，计算统计量T的观察值，并判断该观察值，如果观察值在接受域T≤T₁≤T₂，则H₀成立，即认为总体X和Y相容，否则为不相容。

步骤S15、判断在相同输入下再次修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性是否满足预设接受值，如果是，则执行步骤S18，如果否，则执行步骤S16；

其中，预设接受值指的是两个数据结果一致程度量化指标，例如若1为完全一致，0为完全不一致，则预设接受值可以为0.95。

步骤S16、调整再次修正后的简化数字仿真模型的模型参数；

步骤S17、利用该组实验数据对模型参数调整后的简化数字仿真模型再次进行验证和模型参数的修正，直至简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性满足所述预设接受值；

步骤S18、利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

步骤S19、计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

步骤S20、判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值，如果是，则执行步骤S21，否则，执行步骤S22；

步骤S21、将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

步骤S22、以第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数；

步骤S23、用寻优得到的第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

其中，步骤S11和步骤S12在实际执行过程中，并不局限于本实施例公开的顺序，也可以先执行步骤S12，后执行步骤S11，或是同时执行，本发明在此不做限定。

综上可以看出，本发明提供的一种数字仿真模型的修正方法，用通用建模工具和专业建模工具分别得到被仿真对象的简化数字仿真模型和精细数字仿真模型后，首先利用精细数字仿真模型对简化数字仿真模型做初步验证和模型结构及参数修正，然后再利用被仿真对象的第一组实验数据对修正后的简化数字仿真模型重复的进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在该组实验数据下满足要求，而后利用被仿真对象的第二组实验数据对满足第一组实验数据的简化数字仿真模型进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在两组实验数据下均满足模型验证的衡量指标要求，从而最终确定简化数字仿真模型。可以看出，本申请将模型验证方法和模型参数优化方法集成以实现对数字仿真模型的自动修正，相比现有技术需要建模人员对数字仿真模型修正而言，本申请大大减少了人工修正的工作量，从而提高了对数字仿真模型的修正效率。

同时，本申请提出的将建模和验模集成为一体的建模验模思想，针对被仿真对象的特点进行通用建模工具的选择，并采用专业建模工具进行对比验证，可以提高建模的效率。

需要说明的是，上述实施例中，采用两组实验数据对简化数字仿真模型进行模型参数优化，在实际应用中，为进一步提高数字仿真模型的精度，得到更加准确的数字仿真模型，在计算量允许的情况下，可以采用两组以上的实验数据对简化数字仿真模型进行模型参数优化。

为进一步优化上述实施例，参见图4，本发明实施例公开的一种精细数字仿真模型对简化数字仿真模型验证的方法流程图，即上述实施例中，步骤S13具体包括：

步骤S131、对简化数字仿真模型和精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

步骤S132、以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求，如果是，则精细数字仿真模型对简化数字仿真模型的验证过程结束，如果否，则执行步骤S133；

其中，第一预设要求为两个数字仿真模型一致的判定准则，包括：变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

步骤S133、对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

综上可以看出，精细数字仿真模型的准确性直接影响简化数字仿真模型的准确性，因此，为提高简化数字仿真模型的准确度，本申请还对精细数字仿真模型进行了验证和修正。

因此，在本实施例的基础上，在步骤S131之前，还包括步骤：

步骤S134、将多组输入数据作用于被仿真对象，得到所述被仿真对象的多组实际输出数据；

步骤S135、将相同的多组输入数据作为精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

步骤S136、将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求，如果是，则执行步骤S131，否则，执行步骤S137；

第二预设要求和第一预设要求一样，包括变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

步骤S137、对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。

针对本实施例，具体举例说明：

被仿真对象用S表示，采用通用建模工具建立的简化数字仿真模型用A表示，采用专业建模工具建立的精细数字仿真模型用B表示；

构造一组仿真输入数据input，作用在被仿真对象S上，采集并记录该输入下被仿真对象S的实际输出数据，记为output，将此对应的input-output记为一组实验数据；

以相同的输入数据input作为精细数字仿真模型B的输入，对精细数字仿真模型B进行仿真，记录精细数字仿真模型B的输出数据为outputB；

将精细数字仿真模型B的输出数据outputB与被仿真对象S的实际输出数据output进行对比，判断精细数字仿真模型B和被仿真对象S是否一致，如果不一致，则对精细数字仿真模型B模型结构及模型参数进行修正，直至精细数字仿真模型B的输出数据和被仿真对象S的实际输出数据的对比结果符合第二预设要求；

将满足要求的精细数字仿真模型B作为一个衡量标准，对简化数字仿真模型用A进行验证，验证方法为：

构造多组仿真输入数据input1、input2、.....(一般几组数据即可)，分别作为简化数字仿真模型A的输入数据，对简化数字仿真模型A进行仿真，作为精细数字仿真模型B的输入数据，对精细数字仿真模型B进行仿真，并分别记录对应的仿真模型输出，即简化数字仿真模型A的输出数据为outputA1、outputA2、.....，精细数字仿真模型B的输出数据为outputB1、outputB2、......；

在相同的输入下，将两个数字仿真模型的输出进行对比，判断两个数字仿真模型的一致性，如果比较结果差异较大，则需要对简化数字仿真模型A的模型结构和模型参数进行修正，直至简化数字仿真模型A的输出数据和精细数字仿真模型B的输出数据的对比结果符合第一预设要求。

与上述方法实施例相对应，本发明还提供了一种数字仿真模型的修正系统。

参见图5，本发明实施例提供的一种数字仿真模型的修正系统的结构示意图，包括：

第一模型搭建单元51，用于采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

其中，通过对被仿真对象进行工作原理分析实现对通用建模工具的合理选择，从而解决数字仿真模型到实时仿真模型的快速过渡问题，使模型的验证过程都集中在对简化数字仿真模型的验证过程。

第二模型搭建单元52，用于采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

专业建模工具的特点是对被仿真对象进行精细建模，通过有限元计算、高阶微分方程组解算等，实现对被仿真对象的复杂精细计算。专业建模工具能够对被仿真对象进行全面的、细微特性的模拟解算，因此可以选择专业建模工具进行精细建模。

第一修正单元53，用于以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

其中，第一预设要求为两个数字仿真模型一致的判定准则，包括：变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

若简化数字仿真模型不满足一致的判定准则，则需要对简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正。

针对同一个被仿真对象，采用通用建模工具建立的数字仿真模型和采用专业建模工具建立的数字仿真模型各有优势，对由不同建模工具建立的数字仿真模型进行对比，可以达到相互验证的目的。

第二修正单元54，用于利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正，直至在相同的输入下修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标满足预设接受值；

目前国内外模型验证方法主要有秩和检验法、动态关联分析法、数理统计法、时-频分析法等。在实际应用中，预设模型验证方法具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

输出数据获取单元55，用于利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

计算单元56，用于计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

第一判断单元57，用于判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值，如果是，则执行第一确定单元58，否则，执行第二确定单元59；

其中，预设接受值指的是两个数据结果一致程度量化指标，例如，若1为完全一致，0为完全不一致，则预设接受值可以为0.95。

第一确定单元58，用于在第一判断单元57判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标满足所述预设接受值之后，则将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

第二确定单元59，用于在第一判断单元57判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标不满足所述预设接受值之后，以所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数，用寻优得到的所述第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用所述第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

综上可以看出，本发明提供的一种数字仿真模型的修正系统，用通用建模工具和专业建模工具分别得到被仿真对象的简化数字仿真模型和精细数字仿真模型后，首先利用精细数字仿真模型对简化数字仿真模型做初步验证和模型结构及参数修正，然后再利用被仿真对象的第一组实验数据对修正后的简化数字仿真模型重复的进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在该组实验数据下满足要求，而后利用被仿真对象的第二组实验数据对满足第一组实验数据的简化数字仿真模型进行验证和模型参数的修正，直至得到的简化数字仿真模型在两组实验数据下均满足模型验证的衡量指标要求，从而最终确定简化数字仿真模型。可以看出，本申请将模型验证方法和模型参数优化方法集成以实现对数字仿真模型的自动修正，相比现有技术需要建模人员对数字仿真模型修正而言，本申请大大减少了人工修正的工作量，从而提高了对数字仿真模型的修正效率。

同时，本申请提出的将建模和验模集成为一体的建模验模思想，针对被仿真对象的特点进行通用建模工具的选择，并采用专业建模工具进行对比验证，可以提高建模的效率。

需要说明的是，上述实施例中，采用两组实验数据对简化数字仿真模型进行模型参数优化，在实际应用中，为进一步提高数字仿真模型的精度，得到更加准确的数字仿真模型，在计算量允许的情况下，可以采用两组以上的实验数据对简化数字仿真模型进行模型参数优化。

为进一步优化上述实施例，参见图6，本发明实施例提供的一种第一修正单元的结构示意图，包括：

第一仿真子单元531，用于对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

第一判断子单元532，用于以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求；

其中，第一预设要求为两个数字仿真模型一致的判定准则，包括：变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

第一修正子单元533，用于在第一判断子单元532判断出所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据不符合所述第一预设要求之后，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

综上可以看出，精细数字仿真模型的准确性直接影响简化数字仿真模型的准确性，因此，为提高简化数字仿真模型的准确度，本申请还对精细数字仿真模型进行了验证和修正。

因此，在本实施例的基础上，还包括：

实验数据提取子单元534，用于在第一仿真子单元531对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据之前，将多组输入数据作用于所述被仿真对象，得到所述被仿真对象的实际输出数据；

第二仿真子单元535，用于将与实验数据提取子单元534相同的多组输入数据作为所述精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

第二判断子单元536，用于将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求，如果是，则执行第一仿真子单元531，否则，执行第二修正子单元537；

第二修正子单元537，用于在第二判断子单元536判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据不符合第二预设要求之后，对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。

第二预设要求和第一预设要求一样，包括变化范围一致、变化趋势一致、在线性段斜率一致、若有非线性(如弧线)则拐点位置一致等。

需要说明的是，系统实施例中，各组成部分的具体工作原理请参见对应的方法实施例部分，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种数字仿真模型的修正方法，其特征在于，包括：

采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正，直至在相同的输入下修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标满足预设接受值，获得根据所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型，并继续执行以下步骤；

利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值；

如果是，则将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

如果否，则以所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数，用寻优得到的所述第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用所述第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

2.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正的过程包括：

对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求；

如果否，则对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

3.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，在所述对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据之前，还包括：

将多组输入数据作用于所述被仿真对象，得到所述被仿真对象的多组实际输出数据；

将相同的多组输入数据作为所述精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求；

如果否，则对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。

4.一种数字仿真模型的修正系统，其特征在于，包括：

第一模型搭建单元，用于采用通用建模工具对被仿真对象进行数学模型搭建，得到简化数字仿真模型；

第二模型搭建单元，用于采用专业建模工具对所述被仿真对象进行数学模型搭建，得到精细数字仿真模型；

第一修正单元，用于以所述精细数字仿真模型为衡量标准，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数做初步验证，并对不符合第一预设要求的模型结构和模型参数进行修正；

第二修正单元，用于利用所述被仿真对象的第一组实验数据对初步验证修正后的简化数字仿真模型做再次验证，并通过预设模型验证方法对该简化数字仿真模型的模型参数做再次修正，直至在相同的输入下修正后的简化数字仿真模型的输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标满足预设接受值，获得根据所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型，并继续执行输出数据获取单元；

所述输出数据获取单元，用于利用所述被仿真对象的第二组实验数据作为所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的输入，经过该简化数字仿真模型的仿真计算，得到该组实验数据对应的输出数据；

计算单元，用于计算该组输出数据与所述被仿真对象对应的输出数据的一致性衡量指标；

第一判断单元，用于判断所述第二组实验数据的一致性衡量指标是否满足所述预设接受值；

第一确定单元，用于在所述第一判断单元判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标满足所述预设接受值之后，则将所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型作为最终确定简化数字仿真模型；

第二确定单元，用于在所述第一判断单元判断出所述第二组实验数据的一致性衡量指标不满足所述预设接受值之后，以所述第一组实验数据得到的简化数字仿真模型的当前模型参数为寻优初始值，对模型参数进行寻优，获得第二组模型参数，用寻优得到的所述第二组模型参数对该简化数字仿真模型的模型参数进行修正，再以两组实验数据作为利用所述第二组模型参数修正得到简化数字仿真模型的输入，再次进行计算、判断和寻优，直至两组一致性衡量指标均满足所述预设接受值，从而最终确定简化数字仿真模型。

5.根据权利要求4所述的修正系统，其特征在于，所述第一修正单元包括：

第一仿真子单元，用于对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据；

第一判断子单元，用于以所述精细数字仿真模型得到的输出数据为衡量标准，判断所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据是否符合所述第一预设要求；

第一修正子单元，用于在所述第一判断子单元判断出所述简化数字仿真模型得到的输出数据和所述精细数字仿真模型得到的输出数据不符合所述第一预设要求之后，对所述简化数字仿真模型的模型结构和模型参数进行修正，直至两种数字仿真模型的输出数据符合所述第一预设要求。

6.根据权利要求5所述的修正系统，其特征在于，还包括：

实验数据提取子单元，用于在所述第一仿真子单元对所述简化数字仿真模型和所述精细数字仿真模型采用相同的输入数据分别进行仿真，得到各自对应的输出数据之前，将多组输入数据作用于所述被仿真对象，得到所述被仿真对象的多组实际输出数据；

第二仿真子单元，用于将与所述实验数据提取子单元相同的多组输入数据作为所述精细数字仿真模型的输入数据，对所述精细数字仿真模型进行仿真，得到所述精细数字仿真模型对应的多组输出数据；

第二判断子单元，用于将所述精细数字仿真模型的多组输出数据和所述被仿真对象的对应的多组实际输出数据进行对比，判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据是否符合第二预设要求；

第二修正子单元，用于在所述第二判断子单元判断所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据不符合第二预设要求之后，对所述精细数字仿真模型的模型结构及模型参数进行修正，直至所述精细数字仿真模型的输出数据和所述被仿真对象的实际输出数据符合所述第二预设要求。