CN112445151A - 一种面向mbd的控制系统协同仿真和设计平台 - Google Patents

Abstract

一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台属于系统仿真和控制工程领域，其特征在于：以模块化方式对整体控制系统进行仿真；仿真程序能够部署在网络服务器中，多名用户可以通过网络调用仿真程序同时开展仿真过程，并对仿真过程进行监控和管理；多名用户能够同时对仿真程序中的不同模块进行修改和替换；多名用户能够同时对控制器进行设计，并将设计结果自动生成能够应用于真实控制器的控制程序源代码；仿真程序可以实时运行，服务器可以模拟嵌入式运行环境和物理接口。本发明提出一种支持多人通过网络协同针对同一控制系统仿真模型进行数字仿真和控制器设计的软件平台，并且具备MBD(基于模型的设计)能力，能够大大提高控制系统研发效率。

Description

一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台

技术领域

本发明涉及一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台。特别是一种适用于MBD和能够使得多名设计人员通过网络同时对同一控制系统仿真模型进行数字仿真和控制器设计的协同平台。

本发明应用于系统仿真领域和控制工程领域。

背景技术

在现代工业领域中，复杂控制系统如航空发动机控制系统的设计需要许多设计人员的共同参与，在设计过程中设计人员都需要使用控制系统仿真软件来进行数字仿真试验。在产品研发过程中，由于不同人员负责系统不同组件的研发等原因，控制系统的仿真模型往往会产生很多版本，所有设计人员需要针对同一版本的仿真模型开展设计和仿真工作才能保证结果的正确性和提高研发效率。我国传统工业领域中，往往每个设计人员都使用一个独立的模型进行设计，并且系统不同组件的研发人员可能使用不同的仿真工具，因此使得模型集成和模型一致性的维护效率很低。

因此，本发明提出了一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台，使用客户端/服务器架构，能够将一个统一的控制系统仿真程序部署在网络服务器上，每个设计人员都可以通过网络使用这个统一的仿真模型进行仿真和控制算法设计。软件平台支持所有设计人员同时开展仿真和设计工作，能够提高研发效率、缩短研发周期。控制系统仿真程序以模块化的形式实现，模块与模块之间通过接口连接，并实现代码上的隔离，因此设计人员可以在标准化的接口规范下仅对自己负责的仿真模块进行修改和更新，不需要考虑其他模块，从而提高了模型整合和一致性维护的效率。该软件平台部署在互联网上，可以使得异地的设计人员使用异质仿真工具协同开展控制系统研发工作。该平台能够将控制算法设计结果直接生成嵌入式代码和进行软件在环仿真，从而实现基于模型的设计(Model BasedDesign，MBD)。MBD方法是通过对算法建模进行软件设计的过程，主要包括四个步骤：系统需求；建模；代码生成；软件在环测试。

发明内容

本发明提出一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台，可以解决控制系统研发过程中不同设计人员协同开展研发工作的问题。

本发明的特征在于：

所述面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台包括服务器和客户端；

其特征在于：

所述服务器包括控制系统仿真程序、仿真环境、控制器设计程序、服务器管理程序、服务器数据库；

所述控制系统仿真程序以模块化的形式实现对控制系统整体进行仿真，所述控制系统仿真程序包括不同仿真模块和接口，所述仿真模块对应所述控制系统的实际物理组成部分，所述接口可以模拟所述控制系统中的实际物理接口；

所述仿真模块能够在所述仿真环境中实时运行，所述仿真环境可以模拟嵌入式运行环境；

所述仿真模块的存在形式包括仿真源代码和仿真可执行程序；

所述控制器设计程序支持为真实控制器设计控制算法和控制程序，所述控制器设计程序中包含基本算法模块，所述控制器设计程序能够将所述基本算法模块组合得到所述控制算法，并能够将所述控制算法转化为控制程序源代码；

所述服务器数据库能够存储用户数据、所述控制系统仿真程序、所述控制算法、所述控制程序源代码、仿真数据；

所述服务器管理程序能够管理所述控制系统仿真程序、所述控制器设计程序、所述仿真环境、所述服务器数据库，所述服务器能够建立正确的仿真工作流程和保证数据正确传输及存储，所述服务器能够以副本形式同时运行多组所述控制系统仿真程序。

所述服务器能够部署在互联网、局域网上，所述客户端可以通过所述互联网或者所述局域网访问所述服务器；

所述客户端具有图形化界面，用户可以登录所述服务器，所述用户可以修改和替换所述控制系统仿真程序中的所述仿真模块和所述接口，所述用户能够以图形化形式修改所述控制系统仿真程序中的所述仿真模块和所述接口的连接方式，所述用户能够配置执行所述控制系统仿真程序所需要的仿真参数；

所述用户能够修改所述基本算法模块的配置参数，所述用户能够将所述基本算法模块组合为所述控制算法，所述用户能够将所述控制程序源代码转化为所述仿真可执行程序，所述用户能够将所述控制程序源代码下载到本地计算机存储；

所述用户能够启动实时仿真过程，所述实时仿真过程是所述控制系统仿真程序的实时运行，所述用户能够在所述实时仿真过程中对所述实时仿真过程进行实时监控和管理；

所述服务器支持多个所述客户端的同时访问和操作，所述服务器支持多个所述用户对同一所述控制系统仿真程序进行修改，所述服务器支持多个所述用户对同一所述控制算法进行修改，所述服务器支持多个所述用户同时监控和管理同一所述实时仿真过程。

本发明的优点在于：

(1)控制系统仿真程序以模块化的形式实现，提高了模型集成和一致性维护的效率；

(2)所有设计人员能够针对同一控制系统仿真模型协同开展仿真与设计工作，提高了研发效率；

(3)具备MBD能力，提高了控制程序开发效率。

附图说明

图1，一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台结构示意图。

图2，一种面向多人协同的控制系统仿真程序结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

参照图1，是本发明一个实施例的一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台结构示意图。

图1中所述的一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台包括服务器和客户端。服务器包括但不限于控制系统仿真程序、仿真环境、控制器设计程序、数据库和服务器管理程序。服务器部署在互联网或者局域网上，用户使用客户端能够通过互联网和局域网仿真服务器上提供的仿真和设计功能。

服务器可以部署在云平台上，控制系统仿真程序以模块化形式实现，每个仿真模块可以是可执行程序，也可以是源代码，源代码在进行仿真前需要编译为可执行程序。以一个航空发动机控制系统仿真程序为例，可以包含发动机仿真模块、发动机电子控制器仿真模块、燃油系统仿真模块、传感器仿真模块等仿真模块。在运行仿真时，每个仿真模块在仿真环境中单独实时运行，相互之间通过接口程序通信，接口程序可以模拟真实物理接口，如ARINC664、AIRNC429等总线接口。仿真环境可以模拟真实控制器或者其他目标机的嵌入式运行环境。

用户使用客户端访问服务器仿真和设计功能的一个简单实施例流程如下：(1)用户登录客户端；(2)用户上传自己开发的仿真模块到模型库中；(3)用户新建一个仿真工程，在工程中将仿真模块进行组合，构成一个完整的控制系统仿真模型，配置仿真参数；(4)设计控制器，修改仿真模型中的控制器仿真模块；(5)启动仿真；(6)用户查看仿真曲线，对仿真过程进行监控和管理；(7)如果用户在仿真启动前将仿真工程共享给其他用户，则其他用户也可以对仿真过程进行监控和管理；(8)结束仿真，服务器保存仿真数据，用户可以查看和回放仿真数据。

服务器具有模型管理功能，每个用户可以建立模型库，里面存储自己开发的仿真模块，并可以将自己的模型库共享给其他用户。服务器具有控制算法管理功能，每个用户可以建立控制算法库，里面存储自己开发的控制算法，并可以将自己的控制算法共享给其他用户进行修改。服务器中包含平台公有模型库和公有控制算法库。服务器还具有仿真数据管理功能、用户管理功能。

在实现协同仿真和设计功能时，所有参与用户可以在一个共享的仿真工程中使用不同仿真模块组成一个完整控制系统仿真程序，多人同时开展仿真；其中控制器仿真模块由控制算法经过转化得到，多名用户可以对控制算法进行设计和修改。一种面向多人协同的控制系统仿真程序结构如图2所示，其中控制算法由多个控制子算法和控制逻辑组合得到，不同用户能够使用基本算法模块对不同控制子算法和控制逻辑进行设计和修改。所有仿真都使用仿真模块的副本实现，不影响其他用户同时使用这个仿真模块。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (2)

1.一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台，所述平台包括服务器和客户端；

其特征在于：

所述服务器包括控制系统仿真程序、仿真环境、控制器设计程序、服务器管理程序、服务器数据库；

所述控制系统仿真程序以模块化的形式实现对控制系统整体进行仿真，所述控制系统仿真程序包括不同仿真模块和接口，所述仿真模块对应所述控制系统的实际物理组成部分，所述接口可以模拟所述控制系统中的实际物理接口；

所述仿真模块能够在所述仿真环境中实时运行，所述仿真环境可以模拟嵌入式运行环境；

所述仿真模块的存在形式包括仿真源代码和仿真可执行程序；

所述控制器设计程序支持为真实控制器设计控制算法和控制程序，所述控制器设计程序中包含基本算法模块，所述控制器设计程序能够将所述基本算法模块组合得到所述控制算法，并能够将所述控制算法转化为控制程序源代码；

所述服务器数据库能够存储用户数据、所述控制系统仿真程序、所述控制算法、所述控制程序源代码、仿真数据；

所述服务器管理程序能够管理所述控制系统仿真程序、所述控制器设计程序、所述仿真环境、所述服务器数据库，所述服务器能够建立正确的仿真工作流程和保证数据正确传输及存储，所述服务器能够以副本形式同时运行多组所述控制系统仿真程序。

2.如权利要求1所述的一种面向MBD的控制系统协同仿真和设计平台，其特征在于：

所述服务器能够部署在互联网、局域网上，所述客户端可以通过所述互联网或者所述局域网访问所述服务器；

所述客户端具有图形化界面，用户可以登录所述服务器，所述用户可以修改和替换所述控制系统仿真程序中的所述仿真模块和所述接口，所述用户能够以图形化形式修改所述控制系统仿真程序中的所述仿真模块和所述接口的连接方式，所述用户能够配置执行所述控制系统仿真程序所需要的仿真参数；

所述用户能够修改所述基本算法模块的配置参数，所述用户能够将所述基本算法模块组合为所述控制算法，所述用户能够将所述控制程序源代码转化为所述仿真可执行程序，所述用户能够将所述控制程序源代码下载到本地计算机存储；

所述用户能够启动实时仿真过程，所述实时仿真过程是所述控制系统仿真程序的实时运行，所述用户能够在所述实时仿真过程中对所述实时仿真过程进行实时监控和管理；

所述服务器支持多个所述客户端的同时访问和操作，所述服务器支持多个所述用户对同一所述控制系统仿真程序进行修改，所述服务器支持多个所述用户对同一所述控制算法进行修改，所述服务器支持多个所述用户同时监控和管理同一所述实时仿真过程。

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