半实物仿真.ppt

第七章 半实物仿真 主要内容 7.1半实物仿真的概念 7.2半实物仿真的支撑技术 7.3半实物仿真的工程实例 7.1.1半实物仿真的概念 半实物仿真 ，又称为硬件在回路仿真(hardware-in-loop simulation )，是将实物 (控制器)与在计算机上实现的控制对象的仿真模型联接在一起进行试验的技术。在这种试验中，控制器的动态特性、静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来，因此它是一种更接近实际的仿真试验技术。这种仿真技术可用于修改控制器设计（即在控制器尚未安装到真实系统中之前，通过半实物仿真来验证控制器的设计性能，若系统性能指标不满足设计要求，则可调整控制器的参数，或修改控制器的设计），同时也广泛用于产品的修改定型、产品改型和出厂检验等方面。 7.1.2半实物仿真的特点 ①只能是实时仿真，即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。 ②需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。例如，在进行飞行器控制系统的半实物仿真时，在仿真计算机上解算得出的飞机姿态角、飞行高度、飞行速度等飞行动力学参数会被飞行控制器的传感器所感受，因而必须有信号接口或变换装置。这些装置是三自由度飞行仿真转台、动压－静压仿真器、负载力仿真器等。 ③半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际。 7.1.3应用半实物仿真的主要原因 由于计算机仿真是基于数学模型的仿真方法，虽然成本较低，但仿真的效果取决于所建模型的质量。由于实物仿真系统很复杂，所以数学建模的难度较大。有的系统甚至无法准确地建立数学模型。而使用实物进行实验则受硬件设备及环境等因素的影响，成本过高，并且不容易模拟一些极限工况，所以应用也受到一定限制，而把实物系统放置在计算机仿真环节中进行仿真研究就可以解决上述问题，并能很好地综合以上两种方法的优点，——半实物仿真。 7.1.4半实物仿真系统的基本组成 专用或通用仿真计算机 系统总控台 实物设备：转台、负载模拟器等 仿真网络 总控台 转台 7.2半实物仿真的支撑技术 7.2.1实时仿真计算机 7.2.2实时网络技术 7.2.3仿真框架技术 7.2.4接口技术 7.2.1实时仿真计算机 系统仿真技术的发展在很大程度上取决于计算机技术的发展，计算机技术的水平高低直接影响到通用计算机仿真和专用计算机仿真的性能。随着仿真系统越来越复杂，用户要求有更良好的仿真环境。实时、高速、多通道、半实物仿真、数学仿真、组合仿真、仿真工作站等等，都是系统仿真工作者急待解决的问题。 我们把可以用于时间要求苛刻、含硬件在回路的仿真的计算机称作仿真计算机，或实时仿真计算机。 实时仿真计算机（举例） ADRTS全数字仿真计算机是美国ADI公司在上世纪90年代研制出来的产品，它是目前连续动力学系统仿真领城里较理想的计算机，其数字仿真技术，包括硬件、软件、应用等方面都处于领先地位。 其主要应用领域： 嵌入式控制领域如汽车控制系统、引擎制造（如通用、尼桑等），航天领域如NASA等各个大型的国家实验室或研究机构。 ADRTS的硬件体系结构 ADRTS采用主辅机结构，通过用户接口处理器UIP（User Interface Processor）和主机相互通讯，自身有计算引擎处理器单元CE（Compute Engine Processor）来完成仿真和其他科学计算。 主机平台支撑： Windows SunOS 5.7+ HP/UX 10.x+ IBM AIX 4.1+ 7.2.2实时网络技术 实时通信网络是用于需要较高实时性要求的应用领域的专用网络通信技术，一般采用基于高速网络的共享存储器技术实现。它除了具有严格的传输确定性和可预测性外，还具有速度高、通信协议简单、宿主机负载轻、软硬件平台适应性强、可靠的传输纠错能力、支持中断信号的传输等特点。 实时网络具有高速、低延迟、可靠性高等优势，可以大大提高半实物仿真系统的实时性能。 当前主流实时网络： VMIC Reflective Memory网络（GE公司) SBS Broadcast Memory网络(GE公司) SCRAMnet+ (Systran公司) 实时网络（举例） VMIC反射内存实时网络 被GE Fanuc收购 环型光纤网络 当前必威体育精装版产品系列VMIC 5565 Reflective Memory高速网络产品 Reflective Memory Reflective Memory 是能够读、写的存储器； 网络上的每个节点有一个所有数据的本地拷贝； 写入的数据被存储到本地RAM，并且播送到其他节点上； 当访问本地节点时，完成读数据的过程； 网络保证实时的、确定的数据传输； 可以减少软件开发时间和费用 允许长距离连接； 容易使用、 可扩充性好 ； 不论计算机是什么样的处理器、操作