FMU/FMI：接口标准与机电一体化设计

"FMU/FMI是用于机电一体化设计的标准接口，旨在解决不同仿真环境间的模型交互问题。它起源于汽车工业，但现在已广泛应用于多个领域。FMU（Functional Mock-up Unit）是遵循FMI标准的软件组件，包含XML接口描述和C代码或二进制实现。FMI接口分为两种用途：模型交互和协同仿真。模型交互允许建模环境生成可由其他环境使用的C代码模型，而协同仿真则支持多模型在不同解算器中的同步和数据交换。贝加莱公司在2016年开始研发FMU/FMI接口技术。" FMU/FMI，全称为功能模型单元/功能模型接口，是解决复杂系统设计中跨工具、跨平台仿真交互问题的重要标准。这一标准的出现，尤其是在汽车、航空和机电设备等领域的应用，极大地推动了模型之间的协同工作和信息共享。 首先，我们来看FMU/FMI的背景。在这些领域，不同的建模系统用于解决各种问题，而系统的集成常常需要不同供应商的仿真环境协同工作。然而，缺乏统一的接口标准，导致模型交互成为一大挑战。为了解决这个问题，欧盟资助的Modelisar项目诞生，由戴姆勒公司领导，最终推出了FMI标准。这个标准的早期版本在2010年发布，随后在2014年进行了改进，目前由Modelica协会负责维护和发展。 FMI是一个工具独立的标准，它通过XML文件定义模型的接口，并结合C代码实现动态模型的交互和联合仿真。FMI的核心概念是FMU，即功能性模型单元，它是一个包含了FMI接口描述和模型实现的压缩文件（通常为.fmu扩展名）。FMU的主要任务是实现模型的交互和协同仿真。 模型交互是指FMU能够将一个动态系统模型以输入/输出模块的形式导出，供其他建模环境使用。模型通常由微分、代数和离散方程描述，不包含求解器，可以跨环境共享。 协同仿真则是FMU/FMI的另一个关键特性，允许在多个子系统之间进行数据交换和解算器的同步。主算法控制着子系统的数据交换和解算器同步，支持可变通信步长、高阶信号外推和错误控制等高级功能。 FMU/FMI的实现过程通常涉及模型的导出、编译和导入。例如，贝加莱公司在2016年就开始致力于FMU/FMI技术的研发，这表明该技术在工业自动化和控制系统中的重要性。 FMU/FMI通过标准化接口简化了跨环境的模型复用和联合仿真，促进了系统设计的效率和灵活性，对于机电一体化设计的正向发展具有重大意义。