[发明专利]一种半物理仿真系统及仿真方法

说明书

本发明属于仿真技术领域，公开了一种半物理仿真系统；由控制输入插件向服务端输入联合仿真配制信息；模型客户端通过客户端通信插件读取联合仿真配制信息，并将其发送至建模工具，运行建模工具生成虚拟模型，模型客户端采集建模工具内的虚拟模型数据，并将其通过客户端插件接入服务端；V2R客户端通过设备通信插件读取服务端的虚拟模型数据，并通过测控工具解析其指令，以控制物理设备运行；V2R客户端采集物理设备运行数据，并将其通过设备通信插件发送至服务端；通过采用多源异构分布式集成仿真架构和白盒模型的方式集成仿真，并能够直接在建模环境中运行半物理仿真系统，提高模型的保真度。

技术领域

本发明属于仿真技术领域，涉及一种半物理仿真系统及仿真方法。

背景技术

半物理仿真指：仿真系统中嵌入被仿真系统的部分组件以及这部分组件与仿真设备接口的仿真，这类仿真通常是实时仿真。根据实物设备和虚拟模型的分布关系可将半物理仿真技术分为两种实现形式。

第一种，控制器或控制系统为实物，其余部分为虚拟模型。这种情况一般被称为硬件在环仿真，普遍被应用于对控制器进行检测、标定。

从工程应用角度看，以控制领域作为半物理仿真的主要切入点是非常合理的。相对于真实的人员、被控对象和环境，控制系统以实物的形式参与仿真更加安全、快捷，成本也更低，投产、测试、配套周期也更快，所以半物理仿真在控制领域应用比较广泛。相应地，由于控制系统对于实时性要求很高，所以半物理仿真一般会要求严格实时，这就给被控对象建模带来了挑战，如果模型复杂计算缓慢就必须简化处理，否则实时性达不到严格实时的要求。为了进一步加速被控对象模型的求解速度，实时机应运而生。在实时机上，被控对象模型可以被分配多个CPU分布式求解，但模型拆分、异构集成又是新的问题。

第二种是被控对象、环境或边界条件为实物，其余部分为虚拟模型。如果从控制器的角度观察，这种情况一般被称为快速控制原型，主要用于控制器快速开发、测试。如果从被控对象角度观察，这一类半物理仿真有时又被称为虚拟测试或虚拟试验，其主要特点是会涉及到一些具体设备配套，其应用场景多为非常重要的物理过程，执行真实任务之前必须要尽可能验证，否则失败的风险非常大以至于不能承受；或者是迭代周期较长，一旦投产定型后很难进行大的改动，否则成本无法接受。

现有的半物理仿真中，无论是虚拟测试还是硬件在环仿真，虚拟模型大都以C代码形式跑在特定的实时机上。这样做的原因是为了保证实时性，虚拟模型需要运行在严格实时的操作系统和实时机电脑上(德国dSPACE、美国NI、加拿大RT-LAB等)，这些严格实时的操作系统一般对C代码兼容性较好，而各类仿真建模工具基本都运行在Windows系统上(极少部分可以在Linux系统上运行)，其模型和仿真文件在各类实时机电脑上无法运行。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种半物理仿真系统及仿真方法，通过采用多源异构分布式集成仿真架构和白盒模型的方式集成仿真，并能够直接在建模环境中运行半物理仿真系统，提高模型的保真度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种半物理仿真系统，包括服务端、设备客户端和多个仿真客户端，设备客户端和仿真客户端分别通过模型客户端和V2R客户端接入服务端，服务端生成与设备客户端、仿真客户端通信的通信插件；

服务端和多个仿真客户端组成多源异构分布式集成仿真架构；仿真客户端提供生成物理设备虚拟模型的建模工具，将通信插件导入建模工具，经建模工具解析后生成客户端通信插件；模型客户端采集建模工具内物理设备虚拟模型的数据，并通过客户端插件将其发送至服务端；服务端与多个仿真客户端之间采用并行通信，并通过同步时钟实现仿真过程的全部仿真客户端的同步数据交互；

设备客户端用于提供测控工具，设备客户端将通信插件导入测控工具，经测控工具解析后生成设备通信插件；物理设备通过V2R客户端接入设备客户端；V2R客户端采集物理设备运行数据，并将其通过设备通信插件发送至服务端；