CN114199600B - 一种样机集成适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种样机集成适配器，包括样机代理模块和物理交互模块两部分；其中样机代理模块采用一个类TENA中间件的应用程序，物理交互模块采用一个具备物理接口的信号转换设备；样机代理模块用对象模型建立一套状态参量描述样机的状态，在虚拟空间中构建被试装备的系统模型，即样机代理模型；物理交互模块把虚拟空间中被试模块所受到的交互影响反映到实物样机上，并对实物样机的物理变化进行测量，映射到装备的系统模型上。
Description
技术领域
本发明涉及一种样机集成适配器，属于系统工程领域。
背景技术
集成测试，是在单元测试的基础上，将所有模块按照设计要求组装成为子系统或系统，进行集成测试，一些局部反映不出来的问题，在全局上很可能暴露出来。
装备的系统模型，是数字时代装备系统工程的核心。伴随着装备的生命周期，系统工程工作的开展，装备系统模型存在着从不完备到完备，从不完全符合实际到符合实际的演化过程。
基于装备系统模型开展集成测试是装备系统工程中集成验证方法的数字化升级改造方向。
为了降低系统工程过程中各部门的耦合性，迫切需要使用样机集成适配器实现虚实映射，以数字化装备系统模型为中间状态覆盖虚实样机，使各个分系统单位可以在工作流程解耦，但动作目标强耦合的环境下开展系统工程研制工作。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种样机集成适配器，解决了实物样机虚拟化参与系统集成试验的问题。
本发明的技术方案是：一种样机集成适配器，包括样机代理模块和物理交互模块两部分；其中样机代理模块采用一个类TENA中间件的应用程序，物理交互模块采用一个具备物理接口的信号转换设备；样机代理模块用对象模型建立一套状态参量描述样机的状态，在虚拟空间中构建被试装备的系统模型，即样机代理模型；物理交互模块把虚拟空间中被试模块所受到的交互影响反映到实物样机上，并对实物样机的物理变化进行测量，映射到装备的系统模型上。
所述样机代理模块包括对象模型初态定义模块、工作环境交互方法调用模块、对象模型交互方法调用模块、对象模型末态定义模块和逻辑时间推进模块；
对象模型初态定义模块，对样机代理模型状态值进行检查，如果某状态值没有赋值则按照预设配置对其赋初值，如果某状态值的取值范围错误则终止运行并返回错误代码；
工作环境交互方法调用模块，读取当前该样机所处的工作状态的环境参数，写入物理交互模块环境状态寄存器，调用相应的交互方法对样机代理模块的对象模型状态进行修改；
对象模型交互方法调用模块，依次调用系统交互功能对其他对象模型状态进行修改；当不同样机代理模块之间直接交互时，相应的交互数据传递到相应应用程序线程的寄存器；当该样机代理模块与其他被试样机交互时，相应的交互数据传递到对应的物理交互模块接口状态寄存器中；
对象模型末态定义模块，更新外测状态寄存器中的对象模型状态值，并对样机代理模型状态值进行检查，如果某状态值的取值范围错误则终止运行并返回错误代码；
逻辑时间推进模块驱动仿真逻辑时间步进，开始下一帧的仿真。
样机代理模型的状态通过对象模型交互改变，实现对连续试验过程的模拟；在仿真试验过程中，与该样机相关的交互过程按照外部场环境、外部样机对象边界条件、样机信息过程、样机内部物理过程的顺序分类调用。
所述照外部场环境包括重力场、温度场、微波场施加的对样机本身具有物理影响的场交互，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化。
所述外部样机对象边界条件包括参与集成试验的其它样机对该被试样机的物理影响，包括力、热、振动影响，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化。
样机信息过程包括总线传递数据、指令信息类交互，其交互的结果为样机代理模型的信息缓存参量变化。
样机内部物理过程是指样机自身状态随时间的物理过程变化，包括热传递、动力学，其交互结果为样机代理模型的物理状态参量变化。
所述物理交互模块包括环境状态寄存器、接口状态寄存器、外测状态寄存器、环境模拟信号生成模块、信号转换模块、外测数据模块、物理效应接口、产品物理接口、外部测量接口；
环境状态寄存器，接收工作环境交互方法调用模块获得的样机所处的工作状态的环境参数，并发送给环境模拟信号生成模块；
环境模拟信号生成模块，将样机所处的工作状态的环境参数插值转换为连续的模拟电平信号，传递到物理效应接口；
物理效应接口，用连续的模拟电平信号驱动物理效应模拟器，模拟力、热效应；
接口状态寄存器，接收对象模型交互方法调用模块所发出的交互数据、接受信号转换模块收到的交互数据；
信号转换模块，实现接口状态寄存器中的接口状态数据和产品物理接口的物理信号之间的全双工转换；
产品物理接口，模拟样机代理模型所对应的分系统样机的真实物理接口，包括接口的物理形态和电气信号形态；
外测状态寄存器，将外测数据模块解析的测量数据存储在寄存器中供样机代理模块读取对象模型状态值；
外测数据模块，将外部测量接口接收到的外部状态测量数据转换为样机对象模型状态值，写入外测状态寄存器；
外部测量接口，接入外部测量仪器，对实物样机运行时无法通过总线和接口采集的状态数据进行测量。
所述物理效应模拟器采用电加热装置或力反馈装置，用于模拟实际物理效应。
本发明有益效果：本发明与传统系统集成方法相比，提供了一个基于样机对象模型的虚拟映射集成模式，可以代表单机或代表除单机之外的其它系统完成集成，具有以下显著优势：
(1)规定了系统工程样机的统一数据化建模范式并提供了虚实映射的接口。
(2)构建了针对样机的总线之外的状态数据采集与映射机制，可以将样机的全部可测量状态映射到数字对象模型。
(3)采用状态与交互结合的系统建模范式，有利于建立黑盒系统模型实现工程过程解耦。
附图说明
图1为本发明一种样机集成适配器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：
如图1所示，一台样机集成适配器，包含样机代理模块和物理交互模块两部分。其中样机代理模块是一个类TENA中间件的应用程序，物理交互模块是一个具备物理接口的信号转换设备。样机代理模块用对象模型建立一套状态参量描述样机的状态，在虚拟空间中构建被试装备的系统模型，即样机代理模型；物理交互模块把虚拟空间中被试模块所受到的交互影响反映到实物样机上，并对实物样机的物理变化进行测量，映射到装备的系统模型上。一台分系统实物样机，例如一个伺服机构，通过产品物理接口与适配器连接；同时安装了负载模拟器，模拟工作中的负载；安装了一个外部角度测量装置堆伺服机构的实际作动角度进行测量。
样机代理模块的应用程序按顺序包含对象模型初态定义、工作环境交互方法调用、对象模型交互方法调用、对象模型末态定义、逻辑时间推进等步骤。
每次仿真循环中：
第一步：对象模型初态定义，完成对伺服机构样机代理模块所对应的对象模型状态值进行检查，包括私服机构的工作状态、作动角度、输出功率等。
第二步：工作环境交互方法调用，从系统外部读取当前该伺服机构样机所处的工作状态的环境参数，写入物理交互模块环境状态寄存器，调用相应的交互方法对样机代理模块的对象模型状态进行修改。其读取途径可以是外部工作环境生成系统或预设的脚本文件。
第三步：对象模型交互方法调用，控制系统对象模型调用伺服机构样机代理模块的系统交互功能，控制机构作动。
样机代理模型的状态通过对象模型交互改变，实现对连续试验过程的模拟；在仿真试验过程中，与该样机相关的交互过程按照外部场环境、外部样机对象边界条件、样机信息过程、样机内部物理过程的顺序分类调用。
其中照外部场环境包括重力场、温度场、微波场等外部施加的对样机本身具有物理影响的场交互，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化；
外部样机对象边界条件包括参与集成试验的其它样机对该被试样机的物理影响，包括力、热、振动等物理影响，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化；
样机信息过程包括总线传递数据、指令等信息类交互，其交互的结果为样机代理模型的信息缓存参量变化；
样机内部物理过程是指样机自身状态随时间的物理过程变化，包括热传递、动力学等样机自身的物理过程，其交互结果为样机代理模型的物理状态参量变化。
第四步，对象模型末态定义步骤，检查外测状态寄存器中的伺服机构对象模型状态值。
第五步，逻辑时间推进，将系统逻辑时间推进到下一时刻，开始下一帧的仿真。
物理交互模块包含环境状态寄存器、接口状态寄存器、外测状态寄存器、环境模拟信号生成模块、信号转换模块、外测数据模块、物理效应接口、产品物理接口、外部测量接口等模块。
在每次仿真循环中，通过寄存器和接口配合样机代理模块的应用程序运行。
环境状态寄存器的接收工作环境交互方法调用步骤获得的伺服机构样机所处的工作状态的环境参数，并发送给环境模拟信号生成模块。
环境模拟信号生成模块的作用是将样机所处的工作状态的环境参数插值转换为连续的负载模拟电平信号。
物理效应接口的作用是用连续的模拟电平信号驱动负载模拟器模拟力反馈效。
接口状态寄存器接收对象模型交互方法调用步骤所发出的交互数据、接受信号转换模块收到的交互数据。
信号转换模块实现接口状态寄存器中的接口状态数据和产品物理接口的物理信号之间的全双工转换。
产品物理接口是模拟样机代理模块所对应的分系统样机的真实物理接口，与伺服机构单机相连，模拟控制系统与伺服机构之间的交互。
外测状态寄存器将外部角度测量装置的测量数据存储在寄存器中供样机代理模块读取对象模型状态值。
外测数据模块的作用是将外部测量接口接收到的角度测量数据转换为样机对象模型状态值，写入外测状态寄存器。
外部测量接口的作用是接入角度测量装置，对伺服机构样机运行时无法通过总线和接口采集的状态数据进行测量。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种样机集成适配器，其特征在于：包括样机代理模块和物理交互模块两部分；其中样机代理模块采用一个类TENA中间件的应用程序，物理交互模块采用一个具备物理接口的信号转换设备；样机代理模块用对象模型建立一套状态参量描述样机的状态，在虚拟空间中构建被试装备的系统模型，即样机代理模型；物理交互模块把虚拟空间中被试模块所受到的交互影响反映到实物样机上，并对实物样机的物理变化进行测量，映射到装备的系统模型上；
所述样机代理模块包括对象模型初态定义模块、工作环境交互方法调用模块、对象模型交互方法调用模块、对象模型末态定义模块和逻辑时间推进模块；
对象模型初态定义模块，对样机代理模型状态值进行检查，如果某状态值没有赋值则按照预设配置对其赋初值，如果某状态值的取值范围错误则终止运行并返回错误代码；
工作环境交互方法调用模块，读取当前该样机所处的工作状态的环境参数，写入物理交互模块环境状态寄存器，调用相应的交互方法对样机代理模块的对象模型状态进行修改；
对象模型交互方法调用模块，依次调用系统交互功能对其他对象模型状态进行修改；当不同样机代理模块之间直接交互时，相应的交互数据传递到相应应用程序线程的寄存器；当该样机代理模块与其他被试样机交互时，相应的交互数据传递到对应的物理交互模块接口状态寄存器中；
对象模型末态定义模块，更新外测状态寄存器中的对象模型状态值，并对样机代理模型状态值进行检查，如果某状态值的取值范围错误则终止运行并返回错误代码；
逻辑时间推进模块，驱动仿真逻辑时间步进，开始下一帧的仿真。
2.根据权利要求1所述的一种样机集成适配器，其特征在于：样机代理模型的状态通过对象模型交互改变，实现对连续试验过程的模拟；在仿真试验过程中，与该样机相关的交互过程按照外部场环境、外部样机对象边界条件、样机信息过程、样机内部物理过程的顺序分类调用。
3.根据权利要求2所述的一种样机集成适配器，其特征在于：所述照外部场环境包括重力场、温度场、微波场施加的对样机本身具有物理影响的场交互，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化。
4.根据权利要求2所述的一种样机集成适配器，其特征在于：所述外部样机对象边界条件包括参与集成试验的其它样机对该被试样机的物理影响，包括力、热、振动影响，其交互结果为样机代理模型的环境参量变化。
5.根据权利要求2所述的一种样机集成适配器，其特征在于：样机信息过程包括总线传递数据、指令信息类交互，其交互的结果为样机代理模型的信息缓存参量变化。
6.根据权利要求2所述的一种样机集成适配器，其特征在于：样机内部物理过程是指样机自身状态随时间的物理过程变化，包括热传递、动力学，其交互结果为样机代理模型的物理状态参量变化。
7.根据权利要求2所述的一种样机集成适配器，其特征在于：所述物理交互模块包括环境状态寄存器、接口状态寄存器、外测状态寄存器、环境模拟信号生成模块、信号转换模块、外测数据模块、物理效应接口、产品物理接口、外部测量接口；
环境状态寄存器，接收工作环境交互方法调用模块获得的样机所处的工作状态的环境参数，并发送给环境模拟信号生成模块；
环境模拟信号生成模块，将样机所处的工作状态的环境参数插值转换为连续的模拟电平信号，传递到物理效应接口；
物理效应接口，用连续的模拟电平信号驱动物理效应模拟器，模拟力、热效应；
接口状态寄存器，接收对象模型交互方法调用模块所发出的交互数据、接受信号转换模块收到的交互数据；
信号转换模块，实现接口状态寄存器中的接口状态数据和产品物理接口的物理信号之间的全双工转换；
产品物理接口，模拟样机代理模型所对应的分系统样机的真实物理接口，包括接口的物理形态和电气信号形态；
外测状态寄存器，将外测数据模块解析的测量数据存储在寄存器中供样机代理模块读取对象模型状态值；
外测数据模块，将外部测量接口接收到的外部状态测量数据转换为样机对象模型状态值，写入外测状态寄存器；
外部测量接口，接入外部测量仪器，对实物样机运行时无法通过总线和接口采集的状态数据进行测量。
8.根据权利要求7所述的一种样机集成适配器，其特征在于：所述物理效应模拟器采用电加热装置或力反馈装置，用于模拟实际物理效应。
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