CN106599455A - 一种实现X‑Plane与Simulink联合同步仿真的方法 - Google Patents

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于桂杰
高文正
张峰
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Abstract

本发明提出一种实现X‑Plane与Simulink联合同步仿真的方法，通过开发X‑Plane中的通信插件以及Simulink中的通信模块，根据UDP通信的特点以及Simulink中仿真步长可变的特点，利用X‑Plane中的仿真步长控制Simulink中的仿真步长，从而实现二者之间的联合同步仿真。并通过相应的方法，对仿真的同步性进行验证，结果表明，本发明能够有效实现两者同步仿真。

Description

一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法
技术领域
本发明涉及飞行仿真技术领域，更具体地说，涉及一种实现高逼真度飞行仿真软件X-Plane和基于模型的建模仿真软件Simulink之间的联合同步仿真的方法。
背景技术
X-Plane是世界上针对个人计算机的最广泛、最强有力的飞行模拟器，它提供可家用的最接近实际的飞行模型。X-Plane被许多世界领先的国防供应商、空军、飞机制造商甚至是航空局使用，利用X-Plane进行飞行训练、概念设计及飞行试验。
X-Plane已经获得了来自FAA的认证，用于记录关于飞行经历及等级的飞行小时数。该经历可以提供关于私人驾照、循环培训、仪表训练小时数甚至是航空公司运输合格证的置信度。
Simulink是一种用途广泛的建模仿真工具，可以搭建线性、非线性、连续、离散等各种数学模型，在飞行仿真领域得到了广泛应用。设计人员只需利用Simulink提供的各种基本模块，如加减乘除运算、基本数学函数、微分、积分、逻辑运算等，必要时还可自己利用其S函数功能开发新的模块，即可快速搭建出相应的模型，用于算法仿真，以验证算法的正确性，加快开发进度。
鉴于X-Plane在飞行仿真及视景仿真领域的高度逼真性和广泛应用，以及Simulink在快速原型构建及数据可视化方面的优势，如果能够实现两者结合，构建快速仿真验证平台，用于控制或导引算法的仿真验证，将会极大加快算法开发进度。那么如何实现二者之间的联合仿真，成了摆在我们面前的一个现实问题。另一方面，由于Simulink中的计算都是基于自身的时间机制，而X-Plane的帧周期是变化的，当涉及到积分、微分等时间相关模块时，如果实现联合仿真的同步性，也是一个需要解决的问题。
发明内容
基于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种实现X-Plane软件和Simulink软件联合同步仿真的方法，通过开发X-Plane中的通信插件以及Simulink中的通信模块，根据UDP通信的特点以及Simulink中仿真步长可变的特点，利用X-Plane中的仿真步长控制Simulink中的仿真步长，从而实现二者之间的联合同步仿真。并通过相应的方法，对仿真的同步性进行验证。
本发明的技术方案为：
所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：通过X-Plane的通信插件获取并发送飞行参数至Simulink通信模块，所述飞行参数包括仿真周期；
步骤2：根据接收到的仿真周期设置Simulink中的仿真步长，并将其余飞行参数发送至Simulink中的模型解算模块；
步骤3：Simulink中的模型解算模块进行模型解算，并将解算结果传递至Simulink通信模块；
步骤4：Simulink通信模块将模型解算结果发出至X-Plane的通信插件；
步骤5：X-Plane通信插件接收到Simulink中的模型解算结果，并发送至X-Plane的功能模块。
进一步的优选方案，所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：X-Plane的通信插件基于UDP通信协议，利用X-Plane的API函数，注册相应的回调函数，每个帧周期发送飞行参数、接收模型解算结果一次。
进一步的优选方案，所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：X-Plane中的仿真周期通过API函数读取相应的DataRef得到。
进一步的优选方案，所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：Simulink通信模块采用基于UDP通信协议的C-Mex S-Function，每个仿真周期接收飞行参数、发送模型解算结果一次。
进一步的优选方案，所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：还包括同步性验证过程：
利用X-Plane通信模块发出X-Plane中的当前仿真运行时间、飞机速度、位置数据至Simulink，在Simulink中搭建仿真模型，进行同步性验证：利用Simulink中的示波器模块，观察接收到的X-Plane的当前仿真运行时间是否与Simulink的当前时间一致；利用Simulink中的积分模块对接收到的X-Plane的飞机速度积分，将得到的结果与接收到的X-Plane的飞机位置进行比对。
有益效果
本发明通过开发X-Plane中的通信插件以及Simulink中的通信模块，根据UDP通信的特点以及Simulink中仿真步长可变的特点，利用X-Plane中的仿真步长控制Simulink中的仿真步长，从而实现二者之间的联合同步仿真。并通过相应的方法，对仿真的同步性进行验证，结果表明，本发明能够有效实现两者同步仿真。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明实施例提供的一种X-Plane与Simulink联合仿真的方法及流程图；
图2：本发明实施例提供的用于验证联合仿真之间同步性的模型；
图3：本发明实施例提供的用于验证联合仿真之间同步性的仿真时间结果；
图4：本发明实施例提供的用于验证联合仿真之间同步性的位置结果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例公开了一种实现X-Plane软件和Simulink软件联合同步仿真的方法，通过开发X-Plane中的通信插件以及Simulink中的通信模块，根据UDP通信的特点以及Simulink中仿真步长可变的特点，利用X-Plane中的仿真步长控制Simulink中的仿真步长，从而实现二者之间的联合同步仿真。并通过相应的方法，对仿真的同步性进行验证。
如图1所示，该实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过X-Plane的通信插件获取并发送飞行参数至Simulink通信模块，所述飞行参数包括仿真周期。
步骤2：Simulink中通信模块接收到相应的飞行参数，根据接收到的仿真周期设置Simulink中的仿真步长，并将其余飞行参数发送至Simulink中的模型解算模块；
步骤3：Simulink中的模型解算模块进行模型解算，并将解算结果传递至Simulink通信模块；
步骤4：Simulink通信模块将模型解算结果发出至X-Plane的通信插件；
步骤5：X-Plane通信插件接收到Simulink中的模型解算结果，并发送至X-Plane的功能模块。
为了更好地验证本发明中的仿真同步性，下面以示例进行说明。
如图2所示，利用X-Plane通信模块发出X-Plane中的当前仿真运行时间、飞机速度、位置数据至Simulink，在Simulink中搭建仿真模型，进行同步性验证：利用Simulink中的示波器模块，观察接收到的X-Plane的当前仿真运行时间是否与Simulink的当前时间一致(如图3所示)；利用Simulink中的积分模块对接收到的X-Plane的飞机速度积分，将得到的结果与接收到的X-Plane的飞机位置进行比对是否一致(如图4所示)。
本实施例中，X-Plane的通信插件基于UDP通信协议，利用X-Plane的API函数，注册相应的回调函数，每个帧周期发送飞行参数、接收模型解算结果一次。在每个仿真周期中，X-Plane通过API函数读取相应的DataRef得到X-Plane中的仿真周期。
而Simulink通信模块采用基于UDP通信协议的C-Mex S-Function，每个仿真周期接收飞行参数、发送模型解算结果一次；并在Simulink中根据接收到的仿真周期，利用其相应的API函数，设置自身的仿真步长。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：通过X-Plane的通信插件获取并发送飞行参数至Simulink通信模块，所述飞行参数包括仿真周期；
步骤2：根据接收到的仿真周期设置Simulink中的仿真步长，并将其余飞行参数发送至Simulink中的模型解算模块；
步骤3：Simulink中的模型解算模块进行模型解算，并将解算结果传递至Simulink通信模块；
步骤4：Simulink通信模块将模型解算结果发出至X-Plane的通信插件；
步骤5：X-Plane通信插件接收到Simulink中的模型解算结果，并发送至X-Plane的功能模块。
2.根据权利要求1所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：X-Plane的通信插件基于UDP通信协议，利用X-Plane的API函数，注册相应的回调函数，每个帧周期发送飞行参数、接收模型解算结果一次。
3.根据权利要求2所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：X-Plane中的仿真周期通过API函数读取相应的DataRef得到。
4.根据权利要求1所述一种实现X-Plane与Simulink联合同步仿真的方法，其特征在于：Simulink通信模块采用基于UDP通信协议的C-Mex S-Function，每个仿真周期接收飞行参数、发送模型解算结果一次。
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