「模块化建模方法」详解

一种最直接的建模方法就是针对某一具体的仪器，如传动链精度测量仪、阶比分析仪等，建立它们的数学模型，并编制计算机程序。这种方法目前被广泛采用，但这种方法也存在一些问题，如对建模人员素质要求较高，要求数学模型的开发者不仅对所研究的仪器设备的结构、功能、性能十分了解，而且还需要具有较好的关于建模理论、程序设计方面的知识及相应的经验；模型结构缺乏统一的规范，可靠性不易保证；由于没有统一的规范和接口，每个仪器的模型程序不能被其他仪器所采用，资源共享程度较低。

图7-19 系统细化模型

显然，采用这种方法针对某个具体虚拟仪器来建立数学模型并不适用。虚拟仪器系统包括的范围很广，其结构形式变化的跨度很大，从简单的物理参量测量仪器到复杂的带信号分析和处理的仪器等。因此，应该根据典型共性部件事先建立起它们的数学模型，整个仪器的总体模型是这些子模型通过一定手段实现的具有一定规律的组合形式，同种类型部件可以重复使用同一个模块的模型。这样，用少量的模块的数学模型便可以描述许多虚拟仪器的数学模型，这就是模块化建模方法的基本思想，模块化建模方法示意图如图7-20所示。这一建模方法的出发点是仪器功能。

图7-20 模块化建模方法示意图

模块化建模方法包括如下主要内容：(www.xing528.com)

1）对所研究的虚拟仪器系统进行合理的模块化分解，这是模块化建模的关键。模块划分的形式决定了模块的连接形式，往往与解决问题的侧重点和软件使用的对象有关。

2）建立模块模型库。有一个丰富的模块库是模块化建模的基础，其中包含诸如数据采集、显示、预处理以及各种信号变换等典型功能部件的数学模型。

3）建立一套模块自动连接组合系统，这是模块化建模得以实现的保证，也是难点。组合系统只需按一定的规则从外部送入一定的指令和数据，便能从模块库中调出所需的模块模型，并把参数值赋予该模块，使其代表所研究仪器的特定部件的模型，然后将该模块与其他模块进行连接组合，生成整个仪器系统。拆装组合模块的能力与研究仪器的拓扑结构无关，与模块内部的模型结构和形式也无关。

4）有一个资源库，如典型函数库、数值算法子程序等。

在进行模块化划分时，应遵循“信息隐蔽”的原则：模块的特征在于每个模块都对其他模块隐蔽，也就是说，模块应该设计成其中包含的信息（过程和数据）对不需要这些信息的其他模块是不可访问的。隐蔽的含义是：有效的模块化可以通过定义一组独立模块来实现，这些模块相互之间只对实现软件功能必需的信息进行通信。隐蔽定义并加强了对模块内部过程细节或模块使用的任何局部数据结构的访问约束。