模型优化—活性指数Activity Index

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文章来源Amesim学习与应用***，作者新浩

活性指数Activity Index，是Amesim提供的与能量相关的变量。它从能量的角度告诉用户模型中各子模型特性在占用运算资源方面的贡献度，从而让我们识别那些对运算结果（或者说对用户关心的运算结果）影响不大、但又耗费大量运算资源的子模型，并对其进行删简和优化，从而在保证模型运算精度的前提下，加快运算速度。本文将向大家介绍该工具的使用方法。

在使用Amesim对复杂系统进行仿真分析时，由于模型复杂、子模型众多，因此调参困难，往往会出现很多问题，并且很难定位问题根源。此外，伴随着模型复杂化和精细化程度的提高，仿真运行速度缓慢成为一个棘手的问题。所以用户在建模时，在尽量保证原有模型精度的同时，要尽可能缩减模型的复杂程度，减少系统状态变量，缩短仿真时间。Amesim为用户提供了活性能量指数（Activity Index）分析工具，有助于用户评价系统中每一部分的相对重要性，通过创建一个只包括必要信息的合适的模型来再现原有复杂模型的基本功能，这在降低模型的复杂性以及提高模型的运行速度中是非常有效的。

活性能量指数分析工具是一个基于系统子模型中能量转换的强大分析工具。系统的物理特性可分为以下三种：阻性R、容性C、惯性I。通过活性指数的计算，可以确定一个系统中能量最活跃的和最惰性的元件，从而简化复杂的模型。一个子模型的能量活性At被定义为功率绝对值对时间的积分，表达式为：

这是一个与能量不同的定义，因为它同时考虑了功率的绝对值，这样的定义用于研究在系统运行过程中，子模型能量变化的程度。第i个子模型的活性指数被定义为我们所关心的子模型的活性与整个系统模型活性总和的比，即：

活性能量指数分析工具能够迅速得出系统运行时各个子元件能量变化情况，计算系统子模型中所有元素的活性指数，用户可依据活性指数化简模型。但是，化简模型的过程不是自动完成的，这个过程需要大量的分析和判断。用户可以根据需求，指定一个模型中包含的活性指数的阈值，保留活性指数高于该阈值的子模型，删除或修改模型中低于该阈值的“低活性”模型。一些复杂的“低活性”元素模型可以被一些简化的模型近似代替，甚至当活性指数非常低时，在不影响系统整体完整性的前提下是可以直接删除的，不仅会降低模型的复杂度，还仍然可以保持有足够的精度来实现仿真目标。

在仿真模型下，仿真参数设置窗口，可勾选开启/关闭活性能量指数分析工具，如图1所示。

图1 开启能量活性指数

仿真运行后，可点击元件，查看该元件的活性能量值，如下图2所示，该质量块的activity of mechanical inertia(mass)为1815.33J。具体活性能量指数可点击power，energy，activity，进行查看和分析各个子元件能量变化情况，如图3、4所示。

图2 质量块的能量活性指数

图3 各子模型的能量活性指数

图4 各子模型的能量活性指数柱状图

『注：该功能在默认状态下是关闭的，一旦激活后会对CPU时间产生轻微影响，因此如果不需要的话，最好将其关闭。』

虽然活性能量指数分析工具在降低模型的复杂性以及提高模型的运行速度中有效，但是由Ameim软件的仿真计算逻辑引入的，用于破除仿真时产生的代数环而必须额外加入的压力计算单元，由腔体子模型表示，这些容腔子模型在模型结构上是无法删除的，此外一些元件如果删掉，相邻元件就不能连接了，所以在简化模型时需要大量的思考和判断，具体问题具体分析，综合考量权衡。

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首次发布时间：2022-01-06

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