[发明专利]基于FMI的履带车辆集成优化设计系统

说明书

一种基于FMI的履带车辆集成优化设计系统，包括：履带车辆仿真模型单元、FMU模型转换单元、数据接口交互单元和优化设计单元，本发明在基于FMI标准模型接口实现车辆联合仿真模型的一体化集成的基础上，通过多领域子系统的并行优化方案，消除复杂系统优化设计过程的嵌套迭代，以提高履带车辆系统优化设计过程的效率与产品质量。

技术领域

本发明涉及的是一种履带车辆优化设计领域的技术，具体是一种基于FMI(Functional Mock-up Interface)标准模型接口的履带车辆集成优化设计系统。

背景技术

履带车辆是一个包括多领域子系统的大型复杂装备，其在设计优化过程中面临迭代周期长，优化效率较低，优化结果并不理想等难题。造成上述问题主有以下两方面的问题：(1)履带车辆涉及机械、液压、控制、电子等多个领域，不同领域系统的仿真模型，如机械结构模型、多体动力学模型、控制系统模型等，需要建立在不同的仿真工具中。在进行履带车辆研发与优化设计过程中，需要将各领域软件平台的模型组合，形成一个完整的履带车辆系统仿真分析模型，但是传统的基于二次开发接口的跨平台联合仿真方法，各个领域的模型仍保持在各自的仿真工具上求解，耦合程度较弱，造成工具的碎片化，解决不了软件之间的兼容性以及集成一体化等问题，严重阻碍了履带车辆的集成优化设计效率。(2)传统履带车辆等复杂系统的优化设计多采用各领域串行嵌套迭代的方式，致使优化过程迭代次数成倍增加，时间成本高，并且优化结果易陷入局部最优，设计的产品质量有限。而现有基于FMI的装备协同仿真技术只使用主控程序进行系统模型的求解，缺乏对于复杂系统多领域优化方法的考虑。

发明内容

本发明针对现有履带车辆设计优化过程中多领域模型集成程度不高、优化过程效率低等问题，提出一种基于FMI的履带车辆集成优化设计系统，在基于FMI标准模型接口实现车辆联合仿真模型的一体化集成的基础上，通过多领域子系统的并行优化方案，消除复杂系统优化设计过程的嵌套迭代，以提高履带车辆系统优化设计过程的效率与产品质量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于FMI的履带车辆集成优化设计系统，包括：履带车辆仿真模型单元、FMU模型转换单元、数据接口交互单元和优化设计单元，其中：履带车辆仿真模型单元为后续转换和封装成基于统一FMI接口的FMU模型提供基础，FMU模型转换单元将履带车辆仿真模型转换并封装为统一FMI接口的FMU模型，为后续履带车辆一体化联合仿真系统模型的集成提供基础，数据接口交互单元确定各个FMU模型之间的数据交互接口，并通过统一的FMI模型接口实现各领域FMU模型的一一对应连接，实现履带车辆联合仿真模型的一体化集成；其次数据接口交互单元还包括履带车辆联合仿真模型与优化设计单元之间的接口交互，并行优化设计单元将履带车辆的优化设计问题划分为一个系统级与多个领域子系统级的两层优化策略，同时确定各子系统的耦合设计变量，在系统级优化层通过构建耦合变量的一致性约束来协调各子系统耦合变量的冲突，使得子系统优化层的各领域子系统可完全自主的执行优化过程后，优化设计单元通过接口交互将优化变量传递给集成的联合仿真模型，并动态改变优化变量，以寻得最优值。

所述的履带车辆仿真模型单元包括：履带车辆多体动力学模型、控制系统模型、三维结构模型、有限元分析模型等不同仿真软件上建立的领域子系统模型。

所述的FMU模型转换单元包括：多体动力学FMU模型转换模块、控制系统FMU模型转换模块、三维结构FMU模型转换模块和有限元分析FMU模型转换模块，其中：多体动力学FMU模型转换模块根据所建立的多体动力学模型信息，基于统一FMI接口进行转换，将其转换为多体动力学FMU模型，控制系统FMU模型转换模块根据所建立的控制系统模型信息，将其转换为控制系统FMU模型，三维结构FMU模型转换模块根据所建立的三维结构模型信息，将其转换为三维结构FMU模型，有限元分析FMU模型转换模块根据所建立的有限元分析模型信息，将其转换为有限元分析FMU模型。