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半实物仿真技术发展综述
1、半实物仿真技术
1.1半实物仿真系统定义
半实物仿真，又称为硬件在回路中的仿真(HardwareintheLoopSimulation),
是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部份实物的实时仿真。实时性是进半实
物仿真的必要前提。
半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实度的可能
性。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部份实物，意味着可以把
部份实物放在系统中进考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中
得到检验，因此半实物仿真是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。
1.2半实物仿真的先进性及其特点
半实物仿真技术自20世纪60年代问世直到目前美国研制航天飞机，始终盛
不衰。美国大多数国防项目承包商都有一个或者多个半实物仿真实验室，这些实
验室代表了当前世界先进水平。其先进性体现在：
(1)Tf高速高精度的仿真机；
(2)有先进完备的环境摹拟设备。国内半实物仿真技术在导弹制导、火箭控
制、卫星姿态控制等应用研究方面也达到了较高水平。
半实物仿真的特点是：
(3)在回路中接入实物，必须实时运，即仿真模型的时间标尺和自然时间
标尺相同。
(4)需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。
(5)半实物仿真的实验结果比数学仿直更接近实际
1.3半实物仿真系统的基本组成与原理
半实物仿真系统属于实时仿真系统。它是一种硬件在环实时技术，把实物利
用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件都要实时运，从
而摹拟整个系统的运状态，如图2所示。实时系统由以下几部份组成。
(1)仿真计算机
仿真计算机是实时仿真系统的核心部份，它运实体对象和仿真环境的数学
模型和程序。普通来说，采用层次化、模块化的建模法，将模块化程序划分为不
同的速率块，在仿真计算机中按速率块实时调度运。对于复杂的大型仿真系统，
可用多台计算机联网实时运。
(2)物理效应设备
物理效应设备的作用是摹拟复现真实世界的物理环境，形成仿真环境或者称
为虚拟环境。物理效应设备实现的技术途径多种多样，方案之一是采用伺服控
制回路，通过伺服控制回路控制形成相应的物理量，方案之二是在已储存好的
数据库中有哪些信誉好的足球投注网站相应的数据，转化为相应的物理量。
(3)接口设备
仿真计算机输出的驱动信号经接口变换后驱动相应的物理应设备。接口设
备同时将操作人员或者实物系统的控制输入信号馈入仿真计算机。
半实物仿真系统原理框图如图1所示。在仿真计算机中通过对动力学系统和
环境的数学模型解算，获得系统和环境的各种参数。对半实物仿真系统，这些参
数通过物理应设备生成传感器所需要的测量环境，从而构成完整的闭环仿真系
统。物理应设备是实现仿真系统所需要的中间环节，它的动态特性、静态特性
和时间延迟都将对仿真系统的置信度和精度产生影响，应该有严格的相应技术指
标要求。
A伺服控制回路物理
应
仿真计接实物
设备
算机(物理量传感器系统
实体动
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