[发明专利]一种基于开源架构的半实物仿真系统及方法

说明书

本发明提供一种基于开源架构的半实物仿真系统及方法，系统包括：仿真控制模块，用于对加载仿真模型的实时进程与硬件接口进行协同控制，并根据控制指令对仿真模型进行计算，输出实时状态量数据，形成半实物仿真模型；实时进程模块，用于将仿真模型加载在实时进程上进行计算，控制仿真时间尺度；仿真模型模块，用于对待虚拟对象进行仿真模型转换，维持所述半实物仿真模型；硬件接口模块，用于提供通讯协议，与外部设备进行连接；本发明具有专业间协同仿真，专业内模型封装的优势，具有更好的保密特性、更大的应用范围和更高的模型重用效率；可同时胜任实时和非实时等复杂任务，提高了实时动态显示效果，摆脱了对现有商业体系和技术框架的依赖。

技术领域

本发明涉及计算机应用领域，尤其涉及一种基于开源架构的半实物仿真系统及方法。

背景技术

半实物仿真(hardware-in-loop simulation)，是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真，可应用于国防、能源、水利、工业等工程领域和非工程领域，也可应用于产品研制的方案论证、设计分析、生产制造、试验评估、人员训练的全过程。半实物仿真内容主要包括仿真模型的建立，实物的接入，仿真环境的生成和系统仿真试验等内容

目前，比较主流的半实物仿真系统均来自国外，主要有dSPACE、RT-LAB、xPC和NI等商业系统。dSPACE是基于MATLAB/Simulink的解决快速控制(RCP)应用和半实物仿真的一体化解决平台，它包括能够高速计算的硬件系统和实现代码生成/下载和试验/调试的软件环境。RT-LAB是基于模型的，可实现工程项目的设计、实时仿真、快速原型与硬件在回路测试的分布式计算方案。xPC采用的采用了“宿主机-网络或者串口连接-目标机”的技术途径，宿主机控制目标机，目标机计算仿真对象模型，通过各种I/O卡连接物理设备(人机接口、PLC、虚拟显示设备等)完成半实物仿真。NI主要由cRIO实时控制器(内置嵌入式处理器)、可重配置FPGA、及模块化I/O构成，它可以访问底层硬件资源。上述几种半实物仿真平台都是基于PC机系统，支持Simulink仿真模型，具有高度的集成性和模块化，但是缺点也尤其明显，其价格非常昂贵。国内半实物仿真研究一般也采用Simulink搭建仿真模型，采用xPC建立目标机，采用RTX建立实时进程，与国外思路较为一致，适用范围较窄。现有技术一般都是直接采用国外商业软件系统，或者是在其基础上所做的研究开发，始终摆脱不了对现有商业体系和技术框架的依赖。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于开源架构的半实物仿真系统及方法，以解决上述技术问题。

本发明提供的基于开源架构的半实物仿真系统，包括：

仿真控制模块，用于对加载仿真模型的实时进程与硬件接口进行协同控制，并根据控制指令对仿真模型进行计算，输出实时状态量数据，形成半实物仿真模型；

实时进程模块，用于将仿真模型加载在实时进程上进行计算，控制仿真时间尺度；

仿真模型模块，用于对待虚拟对象进行仿真模型转换，维持所述半实物仿真模型；

硬件接口模块，用于提供通讯协议，与外部设备进行连接。

进一步，所述仿真模型模块包括功能样机接口标准子模块和功能样机接口求解器，所述功能样机接口标准子模块用于对输入的仿真模型进行转换，所述功能样机接口求解器用于将不同类型的仿真模型转换为统一的FMU模型。

进一步，还包括显示模块，所述显示模块与仿真控制模块连接，所述仿真控制模块通过控制实时进程的启停和交换时间步，以及通过硬件接口模块与外部设备连接，维持所述半实物仿真模型，并通过所述显示模块对所述半实物仿真模型进行动态更新显示。

进一步，所述待虚拟对象至少包括机械设备本体、控制系统或传动系统中的一种或几种的组合。