CN114237073A - 一种远程单步强实时仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种远程单步强实时仿真系统，包含两参与联合仿真的实物样机，每一个样机包括物理实体和仿真对象两部分；两个联合仿真的样机之间，通过非实时仿真网络连接双方的仿真对象；每一个样机的仿真对象通过物理状态测量装置、数据总线和物理交互反馈装置连接物理实体。本发明与现有的强实时实物、半实物仿真试验系统相比，可以基于异地、非实时的网络系统集成仿真，可以有效消除联合仿真的地域限制。

Description

一种远程单步强实时仿真系统
技术领域
本发明涉及一种远程单步强实时仿真系统，属于仿真技术领域。
背景技术
集成测试，也叫组装测试或联合测试。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。实践表明，一些模块虽然能够单独地工作，但并不能保证连接起来也能正常的工作。一些局部反映不出来的问题，在全局上很可能暴露出来。
传统的装备系统集成测试需要将全系统单机集中到一个试验场所，建立直接物理链接进行测试，工程进度难以协调，任务节点难以优化。迫切需要建立一种支持异地远程集成试验的虚实结合的仿真方法，显著提高工程效率。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种远程单步强实时仿真系统，解决了异地强实时仿真系统集成仿真的问题，实现了异地样机联合实时仿真。
本发明的技术解决方案：一种远程单步强实时仿真系统，包含两参与联合仿真的实物样机，每一个样机包括物理实体和仿真对象两部分；两个联合仿真的样机之间，通过非实时仿真网络连接双方的仿真对象；每一个样机的仿真对象通过物理状态测量装置、数据总线和物理交互反馈装置连接物理实体。
所述仿真对象是样机物理实体在数据空间的映射，映射内容包括两部分，其一是样机仿真必须的状态参量，包括位置、速度、工况；其二是改变状态参量所需交互方法，是改变参量的函数。
所述物理状态测量装置，是对样机物理状态进行测量并转化为仿真对象状态参量的装置，包括温度计、测角器、力矩测量器。
所述数据总线，是对样机本身具备的数据总线，用来传递控制指令和状态参量。
所述物理交互反馈装置，是对样机施加物理反馈的装置，包括力反馈装置、热环境模拟装置。
每一个样机的运行时间片分为主动时段和被动时段两部分；仿真运行模式为远程单步强实时仿真方法，两个联合仿真的样机的主动时段和被动时段交替进行仿真。
所述主动时段，是指样机开始执行自己当前步进的控制指令，但是与之相连的另一样机尚未开始执行其控制指令的时间段；所述被动时段，是指与本样机相连的另一样机开始执行其当前步进的控制指令，但是本样机尚未开始执行下一步进控制指令的时间段。
样机的运行状态分为主动时段运行和被动时段运行两部分；两个联合仿真的样机交替进行主动时段运行和被动时段运行；每个时段采集多个样机物理参量的状态帧；每个样机仿真对象切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要计算物理状态恢复参数；每个样机物理实体切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要进行物理状态恢复。
所述物理状态恢复参数，是指样机物理实体从停机状态恢复关机前状态参量所需要执行的控制命令，通过数据总线下达给样机。
所述物理状态恢复，是指样机物理实体执行物理状态恢复参数的过程；完成恢复后立即开始样机主动时段或被动时段的运行。
样机物理实体的主动时段运行步骤为：
第一步，执行当前控制周期的指令；
第二步，根据自身控制指令运动；
第三步，按照预定的时长完成主动时段停机。
样机仿真对象的主动时段运行步骤为：
第一步，对参加联合仿真的另一样机的代理模型进行初始化，其状态值来自于上一仿真步进收到的该样机的主动时段状态的最后一帧数据；
第二步，调用参加联合仿真的另一样机的被动时段数据代理模型计算交互反馈，并通过数据总线和物理交互反馈装置将该交互效果反馈给当前样机；
第三步，记录并转发当前样机主动时段的状态参量帧并全部反馈给参加联合仿真的另一样机的仿真对象。
所述被动时段数据代理模型，是根据样机运行状态历史数据构建的代理模型，用历史数据描述交互方法与状态参量之间的变化规律。
样机物理实体的被动时段运行步骤为：
第一步，被动响应参加联合仿真的另一样机的主动时段状态数据帧的连续变化过程，并进行当前控制周期的控制命令解算；
第二步，按照预定的时长完成被动时段停机。
样机仿真对象的被动时段运行步骤为：
第一步，接收参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列；
第二步，播放参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列。
本发明有益效果：本发明与现有的强实时实物、半实物仿真试验系统相比，可以基于异地、非实时的网络系统集成仿真，可以有效消除联合仿真的地域限制。本方法具有以下显著优势：
(1)利用主动时段和被动时段分别仿真的方法，使两套样机系统的强实时仿真问题转化为回合制单步执行问题，有效的突破了远程网络带宽低、延迟大、实时性欠缺的问题。
(2)利用仿真对象隔离连接样机物理实体，有效的实现了样机之间的物理解耦。
(3)基于样机运行状态历史数据构建代理模型，用历史数据描述交互方法与状态参量之间的变化规律，实现远程异地物理样机的交互解耦。
附图说明
图1为主动时段与被动时段划分示意图；
图2为远程单步强实时仿真系统连接图；
图3为远程单步强实时仿真方法流程图。
具体实施方式
本发明系统包含两参与联合仿真的实物样机，每一个样机包括物理实体和仿真对象两部分；两个联合仿真的样机之间，通过非实时仿真网络连接双方的仿真对象。
仿真对象，是样机物理实体在数据空间的映射，其映射内容包括两部分，其一是样机仿真必须的状态参量，可以是位置、速度、工况等参量；其二是改变状态参量所需交互方法，是改变参量的函数。
每一个样机的仿真对象通过物理状态测量装置、数据总线和物理交互反馈装置连接物理实体。物理状态测量装置，是对样机物理状态进行测量并转化为仿真对象状态参量的装置，可以是温度计、测角器、力矩测量器等设备。数据总线，是对样机本身具备的数据总线，可以用来传递控制指令，状态参量等数据。物理交互反馈装置，是对样机施加物理反馈的装置，可以是力反馈装置、热环境模拟装置。
每一个样机的运行时间片分为主动时段和被动时段两部分；仿真运行模式为远程单步强实时仿真方法，两个联合仿真的样机的主动时段和被动时段交替进行仿真。主动时段，是指样机开始执行自己当前步进的控制指令，但是与之相连的另一样机尚未开始执行其控制指令的时间段。被动时段，是指与本样机相连的另一样机开始执行其当前步进的控制指令，但是本样机尚未开始执行下一步进控制指令的时间段。
样机的运行状态分为主动时段运行和被动时段运行两部分；两个联合仿真的样机交替进行主动时段运行和被动时段运行；每个时段可以采集多个样机物理参量的状态帧；每个样机仿真对象切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要计算物理状态恢复参数；每个样机物理实体切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要进行物理状态恢复。
物理状态恢复参数，是指样机物理实体从停机状态恢复关机前状态参量所需要执行的控制命令，通过数据总线下达给样机。物理状态恢复步骤，是指样机物理实体执行物理状态恢复参数的过程；完成恢复后立即开始样机主动时段或被动时段的运行。
样机物理实体的主动时段运行步骤为：第一步，执行当前控制周期的指令；第二步，根据自身控制指令运动；第三步，按照预定的时长完成主动时段停机。
样机仿真对象的主动时段运行步骤为：第一步，对参加联合仿真的另一样机的代理模型进行初始化，其状态值来自于上一仿真步进收到的该样机的主动时段状态的最后一帧数据；第二步，调用参加联合仿真的另一样机的被动时段数据代理模型计算交互反馈，并通过数据总线和物理交互反馈装置将该交互效果反馈给当前样机；第三步，记录并转发当前样机主动时段的状态参量帧并全部反馈给参加联合仿真的另一样机的仿真对象。
被动时段数据代理模型，是根据样机运行状态历史数据构建的代理模型，用历史数据描述交互方法与状态参量之间的变化规律。
样机物理实体的被动时段运行步骤为：第一步，被动响应参加联合仿真的另一样机的主动时段状态数据帧的连续变化过程，并进行当前控制周期的控制命令解算；第二步，按照预定的时长完成被动时段停机。
样机仿真对象的被动时段运行步骤为：第一步，接收参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列；第二步，播放参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列。
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，每一个样机的运行时间片分为主动时段和被动时段两部分。主动时段，是指样机A开始执行自己当前步进的控制指令，但是与之相连的样机B尚未开始执行其控制指令的时间段。被动时段，是指样机B开始执行其当前步进的控制指令，但是样机A尚未开始执行下一步进控制指令的时间段。
如图2所示，远程单步强实时仿真系统，包含两参与联合仿真的实物样机A和B，每一个样机包括物理实体和仿真对象两部分；两个联合仿真的样机之间，通过非实时仿真网络连接双方的仿真对象。
仿真对象，是样机物理实体在数据空间的映射，其映射内容包括两部分，其一是样机仿真必须的状态参量，可以是位置、速度、工况等参量；其二是改变状态参量所需交互方法，是改变参量的函数。
每一个样机的仿真对象通过物理状态测量装置、数据总线和物理交互反馈装置连接物理实体。物理状态测量装置，是对样机物理状态进行测量并转化为仿真对象状态参量的装置，可以是温度计、测角器、力矩测量器等设备。数据总线，是对样机本身具备的数据总线，可以用来传递控制指令，状态参量等数据。物理交互反馈装置，是对样机施加物理反馈的装置，可以是力反馈装置、热环境模拟装置等。
如图3所示，远程单步强实时仿真方法，把样机物理实体和样机仿真实体的运行状态分为主动时段运行和被动时段运行两部分；两个联合仿真的样机交替进行主动时段运行和被动时段运行；每个时段可以采集多个样机物理参量的状态帧；每个样机仿真对象切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要计算物理状态恢复参数；每个样机物理实体切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要进行物理状态恢复。
物理状态恢复参数，是指样机物理实体从停机状态恢复关机前状态参量所需要执行的控制命令，通过数据总线下达给样机。物理状态恢复步骤，是指样机物理实体执行物理状态恢复参数的过程；完成恢复后立即开始样机主动时段或被动时段的运行。
样机A物理实体的主动时段运行步骤为：第一步，执行当前控制周期的指令；第二步，根据自身控制指令运动；第三步，按照预定的时长完成主动时段停机。
样机A仿真对象的主动时段运行步骤为：第一步，对参加联合仿真的另一样机的代理模型进行初始化，其状态值来自于上一仿真步进收到的该样机的主动时段状态的最后一帧数据；第二步，调用参加联合仿真的另一样机的被动时段数据代理模型计算交互反馈，并通过数据总线和物理交互反馈装置将该交互效果反馈给当前样机；第三步，记录并转发当前样机主动时段的状态参量帧并全部反馈给参加联合仿真的另一样机的仿真对象。
被动时段数据代理模型，是根据样机运行状态历史数据构建的代理模型，用历史数据描述交互方法与状态参量之间的变化规律。
在样机A执行主动时段运行时，样机B执行被动时段运行。
样机B物理实体的被动时段运行步骤为：第一步，被动响应参加联合仿真的另一样机的主动时段状态数据帧的连续变化过程，并进行当前控制周期的控制命令解算；第二步，按照预定的时长完成被动时段停机。
样机B仿真对象的被动时段运行步骤为：第一步，接收参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列；第二步，播放参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列。
完成上述仿真步骤之后，样机A从主动时段运行转为被动时段运行；样机B从被动时段运行转为主动时段运行。
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 (15)

1.一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：包含两参与联合仿真的实物样机，每一个样机包括物理实体和仿真对象两部分；两个联合仿真的样机之间，通过非实时仿真网络连接双方的仿真对象；每一个样机的仿真对象通过物理状态测量装置、数据总线和物理交互反馈装置连接物理实体。
2.根据权利要求1所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述仿真对象是样机物理实体在数据空间的映射，映射内容包括两部分，其一是样机仿真必须的状态参量，包括位置、速度、工况；其二是改变状态参量所需交互方法，是改变参量的函数。
3.根据权利要求2所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述物理状态测量装置，是对样机物理状态进行测量并转化为仿真对象状态参量的装置，包括温度计、测角器、力矩测量器。
4.根据权利要求2所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述数据总线，是对样机本身具备的数据总线，用来传递控制指令和状态参量。
5.根据权利要求2所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述物理交互反馈装置，是对样机施加物理反馈的装置，包括力反馈装置、热环境模拟装置。
6.根据权利要求2所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：每一个样机的运行时间片分为主动时段和被动时段两部分；仿真运行模式为远程单步强实时仿真方法，两个联合仿真的样机的主动时段和被动时段交替进行仿真。
7.根据权利要求6所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述主动时段，是指样机开始执行自己当前步进的控制指令，但与之相连的另一样机尚未开始执行其控制指令的时间段；所述被动时段，是指与本样机相连的另一样机开始执行其当前步进的控制指令，但本样机尚未开始执行下一步进控制指令的时间段。
8.根据权利要求7所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：样机的运行状态分为主动时段运行和被动时段运行两部分；两个联合仿真的样机交替进行主动时段运行和被动时段运行；每个时段采集多个样机物理参量的状态帧；每个样机仿真对象切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要计算物理状态恢复参数；每个样机物理实体切换主动时段运行和被动时段运行状态时需要进行物理状态恢复。
9.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述物理状态恢复参数，是指样机物理实体从停机状态恢复关机前状态参量所需要执行的控制命令，通过数据总线下达给样机。
10.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述物理状态恢复，是指样机物理实体执行物理状态恢复参数的过程；完成恢复后立即开始样机主动时段或被动时段的运行。
11.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：样机物理实体的主动时段运行步骤为：
执行当前控制周期的指令；
根据自身控制指令运动；
按照预定的时长完成主动时段停机。
12.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：样机仿真对象的主动时段运行步骤为：
对参加联合仿真的另一样机的代理模型进行初始化，其状态值来自于上一仿真步进收到的该样机的主动时段状态的最后一帧数据；
调用参加联合仿真的另一样机的被动时段数据代理模型计算交互反馈，并通过数据总线和物理交互反馈装置将该交互效果反馈给当前样机；
记录并转发当前样机主动时段的状态参量帧并全部反馈给参加联合仿真的另一样机的仿真对象。
13.根据权利要求12所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：所述被动时段数据代理模型，是根据样机运行状态历史数据构建的代理模型，用历史数据描述交互方法与状态参量之间的变化规律。
14.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：样机物理实体的被动时段运行步骤为：
被动响应参加联合仿真的另一样机的主动时段状态数据帧的连续变化过程，并进行当前控制周期的控制命令解算；
按照预定的时长完成被动时段停机。
15.根据权利要求8所述的一种远程单步强实时仿真系统，其特征在于：样机仿真对象的被动时段运行步骤为：
接收参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列；
播放参加联合仿真的另一样机的主动时段状态参量帧序列。
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