CN105159140B - 实时控制系统的仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时控制系统的仿真方法及装置，该方法包括确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，其中，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真通过本发明，解决了相关技术中仿真系统的仿真性能较差的问题，进而达到了提高仿真性能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及仿真领域，具体而言，涉及一种实时控制系统的仿真方法及装置。
背景技术
飞机训练模拟器用于在空勤\地勤人员在使用真实飞机前，采用仿真技术及半实物环境提前掌握飞机各个系统的工作原理、逻辑关系、操作步骤及真实响应的一种新型虚拟现实教学模式。虽然飞机训练模拟器采用3D动态技术将飞机座舱内的各种控制板、显示器、指示灯及断路器等器件进行了虚拟还原，但是要实现3D动态飞机上各种机电系统控制、指示及告警逻辑的与真实飞机一致的逻辑特性及时间特性，需要在3D动态飞机软件里内嵌各机电系统仿真模型。
对于时间特性要求较高、控制逻辑复杂的机电闭环控制系统需要设计一套可实现机载逻辑迁移的仿真建模方法，是当前亟待实现的技术方案。
发明内容
本发明提供了一种实时控制系统的仿真方法及装置，以至少解决现有技术仿真系统的仿真性能较差的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种实时控制系统的仿真方法，包括：确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；其中，所述第二仿真模型包括：根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型；利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
优选地，所述任务周期函数用于：根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。
优选地，根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期包括：所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
优选地，将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
根据本发明的另一方面，提供了一种实时控制系统的仿真装置，包括：第一仿真模型建立模块，用于确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；第二仿真模型建立模块，用于根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；其中，所述第二仿真模型建立模块包括：任务确定单元，用于根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；周期确定单元，用于将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；函数生成单元，用于根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；模型建立单元，用于根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型；仿真模块，用于利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
优选地，所述任务周期函数用于：根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。
优选地，所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
优选地，第二仿真模型建立模块还用于将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
通过本发明，采用确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，其中，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真，解决了相关技术中仿真系统的仿真性能较差的问题，进而达到了提高仿真性能的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的实时控制系统的仿真的流程图；
图2是根据本发明实施例的实时控制系统的仿真装置的结构框图；
图3是根据本发明实施例的机电控制闭环系统控制逻辑迁移的建模方法示意图；
图4是根据本发明实施例的为多机电系统的控制、作动、机械联锁拆分建模方法的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实施例中提供了一种实时控制系统的仿真方法，图1是根据本发明实施例的实时控制系统的仿真的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S102，确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；
步骤S104，根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，其中，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；
在一个实施例中，根据所述周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的所述第二仿真模型包括：根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型。
在另一个优选的实施例中，所述任务周期函数通过如下步骤获取：根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。其中，所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
在又一个优选的实施例中，将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
步骤S106，利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
通过上述步骤，解决了相关技术中仿真系统的仿真性能较差的问题，进而达到了提高仿真性能的效果。
在本实施例中还提供了一种实时控制系统的仿真装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的实时控制系统的仿真装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：
第一仿真模型建立模块22，用于确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型。
第二仿真模型建立模块24，用于根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，其中，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务。
在一个优选的实施例中，所述第二仿真模型建立模块包括：任务确定单元，用于根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；周期确定单元，用于将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；函数生成单元，用于根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；模型建立单元，用于根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型。其中，所述任务周期函数用于：根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。其中，所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
在又一个优选实施例中，第二仿真模型建立模块24还用于将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
仿真模块26，用于利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
以下结合优选实施例对本发明进行描述。
通常，飞机训练模拟器的机电闭环控制系统仿真需要将舱门系统的控制逻辑完全仿真，采用通用仿真平台进行机电闭环控制系统控制逻辑描述需要耗费大量的时间和代价，但是通过将机载成品中的系统控制逻辑算法迁移的建模方法可实现舱门闭环控制系统仿真模型的快速开发。该仿真建模方法在兼顾训练模拟器-机电系统故障注入机制的同时，最大限度还原机上机电闭环控制系统逻辑特征及时间特性。
飞机训练模拟器中闭环系统控制逻辑迁移的建模方法包括两个部分：机电闭环控制系统中电气控制联锁、液压作动联锁、机械联锁的关联建模方法，即受控系统的建模；机电闭环控制系统中控制计算机的控制逻辑迁移的建模方法，即控制计算机的建模。
机电闭环控制系统中电气控制联锁、液压作动联锁、机械联锁的关联建模方法采用模块化建模技术，将原本复杂的多机电系统的控制、作动、机械联锁拆分为独立系统联锁逻辑；同时为避免模型运行过程中出现代数环嵌套问题，在信号交互节点增加状态保持模块。
机电闭环控制系统中控制计算机的控制逻辑迁移的建模方法，机电闭环控制系统中控制计算机目前普遍采用嵌入式实时操作系统。使用仿真软件的S函数功能，通过构建接口适配函数。同时对于嵌入式实时操作系统控制逻辑迁移的建模需要构建一套轮转式调度周期函数的打桩建模方法。在周期函数调用时采用系统周期的倍数法来调用。
机电闭环控制系统中控制计算机的控制逻辑迁移的建模方法如图3所示，将机载控制计算机的周期特征和逻辑特征进行逻辑迁移。接口适配函数即打桩程序，既与s函数编译器适配、也与机载控制计算器接口适配。
受控系统的建模方法如图4所示，将公共输入信号、各受控系统的输入信号，各受控系统的交联信号分别输入到各个受控系统中，经各个受控系统处理后，分别输出各个处理系统的输出信号，以及各个受控系统的联锁信号，其中，联锁信号用于控制其他受控系统。最终，第一仿真模型输出各个受控系统的输出信号，公共输入信号包括时钟、控制指令信号、防火信号。
本发明具有以下有益效果：机电闭环系统控制逻辑迁移的建模方法可用于闭环控制系统仿真模型的快速开发。该仿真建模方法在实现在通用平台下机电系统复杂交联、闭环控制系统控制反馈、机载控制逻辑迁移、同时兼顾系统故障注入机制的建模方法，并且该方法能够最大限度还原机上机电闭环控制系统逻辑特征及时间特性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种实时控制系统的仿真方法，其特征在于，包括：
确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；
根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；其中，所述第二仿真模型包括：根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型；
利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述任务周期函数用于：
根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；
根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；
在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期包括：
所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
5.一种实时控制系统的仿真装置，其特征在于，包括：
第一仿真模型建立模块，用于确定实时控制系统中的受控系统的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和所述输出信号建立所述受控系统的第一仿真模型；
第二仿真模型建立模块，用于根据周期调度轮转机制和所述实时控制系统中的控制计算机的控制逻辑建立所述控制计算机的第二仿真模型，所述周期调度轮转机制用于周期调度所述控制逻辑中的控制任务；其中，所述第二仿真模型建立模块包括：任务确定单元，用于根据所述控制逻辑建立与所述周期调度轮转机制对应的至少一个周期任务；周期确定单元，用于将建立的每一个周期任务与所述周期调度轮转机制的一个周期相对应；函数生成单元，用于根据所述每一个周期任务和与其对应的所述周期生成一个任务周期函数；模型建立单元，用于根据各个周期任务的各个周期函数建立所述第二仿真模型；
仿真模块，用于利用所述第一仿真模型和所述第二仿真模型进行所述实时控制系统的仿真。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述任务周期函数用于：
根据所述控制逻辑获取所述每一个周期任务对应的周期的周期长度；
根据所述每一个周期任务对应的周期的周期长度确定系统调用周期；
在所述每一个周期任务对应的周期的周期长度和所述系统调用周期满足调用条件的情况下调用该周期任务。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述系统调用周期是所述各个周期任务对应的各个周期的周期长度的最大公约数。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，第二仿真模型建立模块还用于将所述控制计算机的周期特征和逻辑特征迁移到所述第二仿真模型中。
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