CN102637224A - 一种采用iosem接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法，首先建立动态库编译环境，然后定义仿真模型的接口函数，并根据仿真模型的功能，在仿真模型的接口函数中构建以下事件中的单个事件或多个事件：仿真模型信息事件、仿真初始化事件、状态迁移事件、模型输出事件、仿真结束事件和自定义事件；接口函数中的事件响应采用switch-case结构，最后编译生成仿真模型。采用本发明提出的方法，可以使每一个子模型成为标准化的模型配件，通过对所有子模型进行合理装配得到复杂系统的模型。这样可以实现每个模型的接口标准化、透明化，便于实现模块化建模，还提高了模型的可移植性和重用性，大大降低复杂系统的建模仿真难度。

Description

一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真方法技术领域，具体为一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法。 

背景技术

紧耦合仿真是指仿真应用中，仿真模型间的数据交互关系复杂，数据交互频率高，交互量大，具有紧密的对应关系。在建模仿真过程中，仿真模型接受仿真软件的调度，要完成建模、仿真以及其它一些应用需求的多种功能，客观上要求模型接口具有一定的灵活性和通用性。而目前紧耦合模型间的接口一般都是根据需求自定义接口，还没有一个统一的接口技术，这就使得现有仿真过程中的接口复杂，不同功能模块的模型可移植性差，可重用性差。 

发明内容

要解决的技术问题 

为解决现有技术中存在的问题，提供一种标准化的仿真模型接口，本发明提出了一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法。 

技术方案 

本发明中IOSEM指的是输入参数(Input)、输出参数(Output)、状态参数(State)、事件响应接口(Event)和消息(Message)。 

本发明的技术方案为： 

所述一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法，其特征在于：包括以下步骤： 

步骤1：在C语言或C++语言环境中，建立动态库编译环境； 

步骤2：定义仿真模型的接口函数，函数参数由外部系统向仿真模型发出的事件消息、外部系统向仿真模型传递的消息参数、当前仿真时间、当前仿真步长、仿真状态变量、输入变量、输出变量和仿真状态变量的导数变量组成； 

步骤3：根据仿真模型的功能，在仿真模型的接口函数中构建以下事件中的单个事件或多个事件：仿真模型信息事件、仿真初始化事件、状态迁移事件、模型输出事件、仿真结束事件和自定义事件；接口函数中的事件响应采用switch-case结构； 

步骤4：编译仿真模型，生成IOSEM接口方式的仿真模型。 

有益效果 

一个复杂系统的模型，必然包含了若干子系统模型，即一个复杂大系统模型事实上是由若干子模型功能组成的。采用本发明提出的紧耦合仿真通用模型实现方法，可以使得每一个子模型成为一个标准化的模型配件，进而通过对所有子模型进行合理装配得到复杂系统的模型。这样不仅可以实现每个模型的接口标准化、透明化，便于实现模块化建模，还提高了模型的可移植性和重用性，大大降低复杂系统的建模仿真难度。 

附图说明

图1：仿真模型的信息描述。 

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明： 

实施例： 

本实施例以一个自由落体数学模型为例(向上为正)，其中D为下降过程中的阻力加速度，则其仿真模型微分方程为： 

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{V}=-g-D\\ \stackrel{\·}{H}=V\end{array}\right.$

要构建采用IOSEM接口方式的仿真模型，主要采用以下步骤： 

步骤1：在C语言或C++语言环境中，建立动态库编译环境； 

步骤2：定义仿真模型的接口函数，函数参数由外部系统向仿真模型发出的事件消息、外部系统向仿真模型传递的消息参数、当前仿真时间、当前仿真步长、仿真状态变量、输入变量、输出变量和仿真状态变量的导数变量组成； 

参照附图1，仿真模型的接口分为以下几个部分： 

输入参数(Input)：仿真模型需要的输入数据，可以是多维，包括数据维数和数 据说明。 

输出参数(Output)：仿真模型的输出数据，可以是多维，包括数据维数和数据说明。 

状态参数(State)：对于紧耦合仿真模型，状态参数表示了系统或模型当前运行的状态参数，包括：当前时间，运行步长，微分方程组的状态和微分值。 

事件响应接口(Event)：仿真软件平台采用消息驱动机制驱动模型运行，仿真模型根据平台发送的消息进行相应的计算，事件响应接口是响应系统消息的计算部分。由于平台向模型发送的消息种类比较多，为每个消息定制响应的接口函数将导致编程过程复杂，因此，事件响应接口采用统一的接口，在该接口内，用户可以处理各种系统或自定义消息。 

消息(Message)：仿真模型向仿真软件或其它仿真模型发送的信息，进行仿真模型间的协调运行和数据交互。 

仿真模型接口的形式为： 

extern″C″int_export 

Interface(int msg，int param，double time，double*step，double*x，double*u，double*y，double*f) 

各参数的意义为： 

msg：系统向仿真模型发出的事件消息； 

param：系统向仿真模型传递的消息参数，根据不同的消息，传递参数类型不同； 

time：当前仿真时间； 

step：当前仿真步长； 

x：仿真状态变量； 

u：输入变量，外部的输入参数； 

y：输出变量，计算结果通过该参数输出； 

f：状态变量的导数变量指针，用来计算状态变量的导数； 

由该接口可以看出： 

在模型中，通过响应各种仿真消息，实现仿真平台对仿真模型的驱动；Param参数为模型数据的保存、维护等提供了支持；仿真时间和仿真步长是由平台维护的，仿真模型可以直接使用；通过x、u、y、f这四个参数为仿真模型的计算提供了支持；通过参数u可以得到仿真模型的输入，通过x可以得到当前的积分状态值，通过设定f以设定积分的导数值，通过设定y给出模型的输出值。 

那么在本实施例中，完成仿真模型功能的接口元素为： 

输入变量：D(阻力加速度)； 

输出变量：V，H(速度、高度)； 

仿真状态变量：V，H(速度、高度)； 

步骤3：根据仿真模型的功能，在仿真模型的接口函数中构建以下事件中的单个事件或多个事件：仿真模型信息事件、仿真初始化事件、状态迁移事件、模型输出事件、仿真结束事件和自定义事件；接口函数中的事件响应采用switch-case结构； 

在仿真模型接口函数中，通过响应msg事件消息，完成相应的事件行为： 

仿真模型信息事件：通过该事件填充模型的信息，如模型名、输入输出信息等； 

仿真初始化事件：在仿真前进行的初始化过程，如赋状态初值、打开文件读取数据等； 

状态迁移事件：状态的变化，求解状态变量的微分； 

模型输出事件：输出本模型的数据； 

仿真结束事件：结束仿真时的清理过程。 

本实施例中采用了4个事件响应：仿真模型信息事件响应、仿真初始化事件响应、状态迁移事件响应、状态输出事件响应。 

本实施例中，仿真模型实现的伪代码为： 

步骤4：编译仿真模型，生成IOSEM接口方式的仿真模型。 

Claims (1)

1.一种采用IOSEM接口方式的紧耦合仿真通用模型实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在C语言或C++语言环境中，建立动态库编译环境；

步骤2：定义仿真模型的接口函数，函数参数由外部系统向仿真模型发出的事件消息、外部系统向仿真模型传递的消息参数、当前仿真时间、当前仿真步长、仿真状态变量、输入变量、输出变量和仿真状态变量的导数变量组成；

步骤3：根据仿真模型的功能，在仿真模型的接口函数中构建以下事件中的单个事件或多个事件：仿真模型信息事件、仿真初始化事件、状态迁移事件、模型输出事件、仿真结束事件和自定义事件；接口函数中的事件响应采用switch-case结构；

步骤4：编译仿真模型，生成IOSEM接口方式的仿真模型。

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