KR20040046389A - Modeling system for satellite simulation and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기계장치를 포함하는 시스템의 모델링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 위성 시뮬레이션을 위한 모델링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a modeling system and a method of a system including a mechanical device, and more particularly, to a modeling system and method for satellite simulation.
종래 기술에 따른 기계장치를 포함하는 시스템의 모델링은, 대상 시스템의 기능에 따라 모델을 만들고 이 모델들을 주 프로그램에서 순차적으로 실행하는 방법으로 기계 시스템을 시뮬레이션 하도록 구성하였다.The modeling of a system including a mechanical apparatus according to the prior art is configured to simulate a mechanical system by creating a model according to a function of a target system and sequentially executing these models in a main program.
이러한 종래 기술에 의한 모델링은, 개발자의 주관에 의하여 기계 시스템의 기능들을 임의로 구성하여 모델링하고, 개발자가 정한 순서에 따라 주 프로그램에 의하여 순차적으로 시뮬레이션 된다. 따라서, 이러한 종래의 모델링 방법은 사용자가 개발자의 의도를 파악하기가 어려울 뿐만 아니라 수정, 추가, 삭제가 어려운 문제점이 있다.The modeling according to the prior art, by the developer's supervision of the configuration of the mechanical system arbitrarily configured, and modeled in accordance with the developer's order is sequentially simulated by the main program. Therefore, such a conventional modeling method has a problem that it is difficult for a user to grasp a developer's intention, and also difficult to modify, add, or delete.
그러므로 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대상 시스템을 단위 부품에 따른 개별 객체로서 모델링하고, 이를 생성하고 관리하는 객체를 사용하여 대상 시스템과 가장 유사한 모델로 시뮬레이션 할 수 있도록 하는 모델링 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve this problem, and to model the target system as an individual object according to the unit parts, using a model that creates and manages the modeling system that can be simulated to the model most similar to the target system and its It is an object to provide a method.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 시뮬레이션을 위한 모델링 시스템의 구성을 나타낸 도이다.1 is a view showing the configuration of a modeling system for satellite simulation according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모델링 시스템에서 모델부의 상세 구성을 나타낸 도이다.2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a model unit in a modeling system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모델링 시스템에서 모델 관리부의 동작에 대한 상세 흐름도이다.3 is a detailed flowchart of an operation of a model manager in a modeling system according to an exemplary embodiment of the present invention.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
11 : 시뮬레이션 제어부12 : 데이터 교환부11: simulation control unit 12: data exchange unit
13 : 모델 관리부14 : 모델부13: model management unit 14: model unit
15 : 저장부21 : 일반화 모델 객체 생성부15: storage 21: generalized model object generation unit
22 : 기계장치 일반화 모델 객체 생성부22: generalized device model generation unit
23 : 기계장치 모델 객체 생성부24 : 운동역학 모델 객체 생성부23: mechanical model object generation unit 24: kinematic model object generation unit
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 위성 시뮬레이션을 위한 모델링 시스템은, 상기 위성의 시뮬레이션 초기화 및 설정 데이터를 작성하고, 상기 시뮬레이션의 동작을 제어하는 시뮬레이션 제어부; 상기 위성의 각 요소들에 대한 각각의 모델을 생성하고 종합화하며, 상기 시뮬레이션 수행을 관리하는 모델 관리부; 상기 위성의 서브시스템과 비행 역학을 수학적으로 모델링하는 모델부; 상기 모델 관리부와 시뮬레이션 제어부 간의 데이터를 교환하는 역할을 하는 데이터 교환부; 및 상기 모델부의 시뮬레이션의 결과와 모델의 초기 데이터 및 설정 데이터를 저장하는 저장부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a modeling system for satellite simulation, including: a simulation controller configured to prepare simulation initialization and configuration data of the satellite and control an operation of the simulation; A model manager which generates and synthesizes each model of each element of the satellite and manages the simulation performance; A model unit for mathematically modeling the satellite subsystem and flight dynamics; A data exchanger for exchanging data between the model manager and the simulation controller; And a storage unit which stores the result of simulation of the model unit and initial data and setting data of the model.
상기 모델부는,The model unit,
상기 위성의 일반적인 성질을 추출하여 일반화 모델 객체를 생성하는 일반화 모델 객체 생성부; 상기 생성된 일반화 모델 객체의 내용을 상속받고, 상기 위성을 구성하는 기계장치 모델 객체들의 일반적인 성질을 추출하여 기계장치 일반 모델 객체를 생성하는 기계장치 일반화 모델 객체 생성부; 상기 기계장치 일반 모델 객체의 내용을 상속받아서 기계장치 모델 객체를 생성하는 기계장치 모델 객체 생성부; 및 상기 생성된 일반화 모델 객체로부터 모델의 일반 성질을 상속받아서 운동역학 모델 객체를 생성하는 운동역학 모델 객체 생성부를 포함한다.A generalization model object generator for generating generalization model objects by extracting general properties of the satellites; A mechanism generalization model object generation unit that inherits the contents of the generated generalization model object and extracts general properties of the mechanism model objects constituting the satellite to generate a mechanism general model object; A mechanism model object generation unit for generating a mechanism model object by inheriting the contents of the mechanism general model object; And a kinematic model object generation unit for generating kinematic model objects by inheriting general properties of the model from the generated generalized model objects.
상기 기계장치 모델 객체 생성부는,The mechanism model object generation unit,
각각의 파라미터 객체로부터 각 모델의 고유의 특성을 참조하여 기계장치 모델 객체를 생성한다.Create a mechanism model object from each parameter object, referring to the unique characteristics of each model.
또한, 상기 운동역학 모델 객체 생성부는,In addition, the kinematic model object generation unit,
각각의 파라미터 객체로부터 각 모델 고유의 특성을 참조하여 운동역학 모델 객체를 생성한다.A kinematic model object is created from each parameter object by referring to the unique characteristics of each model.
또한, 본 발명의 특징에 따른 위성 시뮬레이션을 위한 모델링 방법은, a) 시뮬레이션 초기화 데이터 및 모델 설정 데이터를 읽어들이는 단계; b) 모델 객체 생성 데이터를 이용하여 모델 객체를 생성하는 단계; c) 상기 생성된 모델 객체에 대하여 초기화를 수행하는 단계; d) 상기 생성된 각 모델 객체에 대하여 1 스텝의 시뮬레이션을 수행하는 단계; e) 상기 시뮬레이션 결과 데이터를 저장하고, 시뮬레이션 종료를 확인하여 시뮬레이션을 종료하는 단계; 및 f) 상기 시뮬레이션 종료 확인 결과, 종료 시간에 도달하지 않았다고 판단되면, 상기 d) 단계로 되돌아가는 단계를 포함한다.In addition, a modeling method for satellite simulation according to an aspect of the present invention, a) reading the simulation initialization data and model setting data; b) creating a model object using model object creation data; c) performing initialization on the generated model object; d) performing one step simulation on each generated model object; e) storing the simulation result data and confirming the end of the simulation to end the simulation; And f) if it is determined that the end time has not been reached as a result of the simulation termination check, returning to step d).
상기 b) 단계는,B),
i) 상기 위성의 일반적인 성질을 추출하여 일반화 모델 객체를 생성하는 단계; ii) 상기 위성 모델을 기계장치 모델 객체와 운동역학 모델 객체로 분리하는 단계; iii) 상기 일반화 모델 객체의 내용을 상속받고, 기계장치 모델 객체들의 일반적인 성질을 추출하여 기계장치 일반 모델 객체를 생성하는 단계; iv) 상기 기계장치 일반 모델 객체의 내용을 상속받아서 기계장치 모델 객체를 생성하는 단계; 및 v) 상기 일반화 모델 객체로부터 모델의 일반 성질을 상속받아서 운동역학 모델 객체를 생성하는 단계를 포함한다.i) extracting general properties of the satellites to generate a generalized model object; ii) separating the satellite model into a mechanical model object and a kinematic model object; iii) inheriting the contents of the generalized model object and extracting general properties of the mechanical model objects to create a mechanical general model object; iv) generating a mechanism model object by inheriting the contents of the mechanism generic model object; And v) generating a kinematic model object by inheriting general properties of the model from the generalized model object.
상기 iv) 단계는,Step iv),
상기 각 기계장치 모델 객체의 고유한 특성을 나타내는 각각의 파라미터 객체를 참조하여 상기 기계장치 모델 객체를 생성한다.The mechanism model object is created with reference to each parameter object representing the unique characteristics of each mechanism model object.
또한, 상기 v) 단계는,In addition, the step v),
상기 각 운동역학 모델 객체의 고유한 특성을 나타내는 각각의 파라미터 객체를 참조하여 상기 운동역학 모델 객체를 생성한다.The kinematic model object is created with reference to each parameter object representing the unique characteristics of each kinematic model object.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings the most preferred embodiment that can be easily carried out by those of ordinary skill in the art as follows.
위성은 매우 다양한 특성을 갖는 다양한 기계 장치를 포함하며, 3차원 공간에서의 자세와 궤도 운동을 하는 복잡한 시스템이다. 따라서, 이러한 시스템을 정밀하고 효율적으로 시뮬레이션 하기 위해서는 다양한 위성의 요소들을 모델링하고 관리하는 방법이 필요하다.Satellites are a complex system of attitude and orbital motion in three-dimensional space that contain a variety of mechanical devices with a wide variety of properties. Therefore, in order to accurately and efficiently simulate such a system, a method of modeling and managing various satellite elements is required.
한편, 일반적인 위성 시뮬레이션을 위한 시스템은 위성의 기계장치를 포함하는 기계장치 모델, 위성의 자세와 궤도운동을 나타내는 위성 운동역학 모델, 이를 관리하는 모델 관리기 및 시뮬레이션의 설정과 제어를 수행하는 시뮬레이션 제어기로 구성된다.On the other hand, the system for general satellite simulation is a mechanical model including a satellite mechanism, a satellite kinematic model representing the attitude and orbital motion of the satellite, a model manager for managing it, and a simulation controller for setting and controlling the simulation. It is composed.
따라서, 본 발명은 위성의 구성 요소의 특성을 파악하여 일반화함으로써 모델을 효율적으로 구성하고, 위성의 각 요소들을 각각의 객체로서 생성하여 위성의 실제 구성에 가까운 모델을 만든다. 또한 이러한 모든 객체를 생성하고 관리하는 모델 관리기를 이용하여 각각 생성된 모델 객체들을 종합화하여 초기화 및 시뮬레이션 수행을 할 수 있는 방법을 제공한다.Therefore, the present invention constructs a model efficiently by grasping and generalizing the characteristics of the components of the satellite, and generates each model of the satellite as an individual object to create a model close to the actual configuration of the satellite. In addition, it provides a method to initialize and perform simulation by integrating each created model object by using model manager that creates and manages all these objects.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 시뮬레이션을 위한 모델링 시스템의 구성을 나타낸 것이다.1 illustrates a configuration of a modeling system for satellite simulation according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 위성 모델 시뮬레이션 시스템은, 시뮬레이션 제어부(11), 데이터 교환부(12), 모델 관리부(13), 모델부(14)및 저장부(15)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the satellite model simulation system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a simulation controller 11, a data exchanger 12, a model manager 13, a model 14, and a storage 15. It includes.
시뮬레이션 제어부(11)는 시뮬레이션 초기화와 설정 데이터를 작성하고 시뮬레이션의 동작을 제어하고, 모델 관리부(13)는 각각의 모델을 생성하고 종합화하여 시뮬레이션을 수행을 관리한다. 모델부(14)는 위성 서브시스템과 위성 비행역학을 수학적으로 모델링하며, 데이터 교환부(12)는 모델 관리부(13)와 시뮬레이션 제어부(11) 간의 데이터를 교환하는 역할을 한다. 또한, 저장부(15)는 모델부(14)의 시뮬레이션의 결과와 모델 초기 데이터 및 모델 설정 데이터를 저장한다.The simulation controller 11 creates simulation initialization and setting data, controls the operation of the simulation, and the model manager 13 generates and synthesizes each model to manage the simulation. The model unit 14 mathematically models the satellite subsystem and the satellite flight dynamics, and the data exchange unit 12 serves to exchange data between the model manager 13 and the simulation controller 11. The storage unit 15 also stores the results of the simulation of the model unit 14, model initial data, and model setting data.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모델링 시스템에서 모델부(14)의 상세 구성을 나타낸 것이다.2 shows a detailed configuration of the model unit 14 in the modeling system according to the embodiment of the present invention.
일반적인 위성 모델은 위성의 기계 서브시스템 모델과 위성의 운동역학 모델로 구성이 된다. 또한, 도 1의 모델부(14)에서 구성되는 모델들은 모두 각각의 객체로서 생성된다.The general satellite model consists of the mechanical subsystem model of the satellite and the kinematic model of the satellite. In addition, all models configured in the model unit 14 of FIG. 1 are generated as respective objects.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모델부(14)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일반화 모델 객체 생성부(21), 기계장치 일반화 모델 객체 생성부(22), 기계장치 모델 객체 생성부(23) 및 운동역학 모델 객체 생성부(24)를 포함한다.Therefore, the model unit 14 according to the embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, the generalized model object generation unit 21, the mechanism generalization model object generation unit 22, the mechanical model object generation unit ( 23) and a kinematic model object generation unit 24.
일반화 모델 객체 생성부(21)에서는 위성의 일반적인 성질을 추출하여 일반화 모델 객체를 생성하고, 이 일반화 모델 객체의 내용을 하위 모델 객체에게 상속해준다. 기계장치 일반화 모델 객체 생성부(22)는 일반화 모델 객체의 내용을 상속받고 기계장치 모델 객체들의 일반적인 성질을 추출하여 기계장치 일반 모델 객체를 생성하고, 기계장치 모델 객체 생성부(23)는 기계장치 일반 모델 객체의 내용을상속받아서 기계장치 모델 객체를 생성한다. 이때, 각 기계장치 모델 객체의 고유한 특성은 각각의 파라미터 객체가 갖고 있기 때문에, 기계장치 모델 객체 생성부(23)는 이 파라미터 객체를 참조하여 기계장치 모델 객체를 생성한다.The generalized model object generation unit 21 extracts the general properties of the satellite to generate a generalized model object, and inherits the contents of the generalized model object to subordinate model objects. The mechanism generalization model object generation unit 22 inherits the content of the generalization model object and extracts general properties of the mechanism model objects to generate the general mechanism model object, and the mechanism model object generation unit 23 generates the mechanism Create a mechanism model object by inheriting the contents of the generic model object. At this time, since each parameter object has a unique characteristic of each mechanical model object, the mechanical model object generation unit 23 generates the mechanical model object by referring to the parameter object.
또한, 운동역학 모델 객체 생성부(24)는 일반화 모델 객체 생성부(21)에서 생성된 일반화 모델 객체로부터 모델의 일반 성질을 상속받고, 각각의 파라미터 객체로부터 각 모델 고유의 특성을 참조하여 운동역학 모델 객체를 완성한다.In addition, the kinematic model object generator 24 inherits the general properties of the model from the generalized model object generated by the generalized model object generator 21, and refers to the characteristics unique to each model from each parameter object. Complete the model object.
도 3은 도 1의 모델 관리부(13)의 동작에 대한 상세 흐름도를 나타낸 것이다.3 is a detailed flowchart illustrating an operation of the model manager 13 of FIG. 1.
도 3에 도시된 바와 같이, 모델 관리부(13)는 시뮬레이션 제어부(11)로부터 데이터 교환부(12)를 통하여 초기화 데이터와 모델 설정 데이터를 읽어 들이고(S301), 모델 객체 생성 데이터를 참조하여 각 모델 객체들을 생성한다(S302~303). 여기서, 모델 객체 생성 데이터는 대상 객체를 생성하는 데 필요한 기본적인 파라미터들로서, 주로 생성 객체의 개수, 객체의 성질 등 대상 시스템에 따라 결정되는 데이터를 말한다. 이러한 모델 객체 생성 데이터는 시스템 개발자에 의하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the model manager 13 reads initialization data and model setting data from the simulation controller 11 through the data exchanger 12 (S301), and references each model with reference to model object generation data. Create objects (S302 ~ 303). Here, the model object generation data are basic parameters required to create the target object, and mainly refer to data determined according to the target system such as the number of creation objects and the properties of the object. This model object creation data is configured by the system developer.
이와 같은 과정을 거쳐서 모든 모델 객체들을 생성한 후, 모델 관리부(13)는 모든 모델 객체에 초기화 명령을 보내 초기화 과정을 수행한다(S304). 그리고, 각각의 모델 객체에 대하여 1 스텝의 시뮬레이션 명령을 보내고(105) 이에 따라 각 모델 객체는 1 스텝의 시뮬레이션을 수행한다(106). 여기서, 1 스텝 시뮬레이션이란, 대상 객체에 대하여 정해진 시간 간격으로 반복하여 시뮬레이션 할 때, 한 번의 시뮬레이션을 수행하는 것을 말한다. 이러한 1 스텝 시뮬레이션을 수행한 후, 시뮬레이션 결과 데이터를 저장부(15)에 저장하고(S308), 시뮬레이션의 종료 시간을 확인하여(S307) 종료 시간일 경우 시뮬레이션을 종료한다. 또한, 종료 시간이 아닐 경우에는, 다시 시뮬레이션 명령을 각 모델 객체로 보내서 1 스텝 시뮬레이션을 수행한다(S305~306).After generating all the model objects through the above process, the model manager 13 performs an initialization process by sending an initialization command to all the model objects (S304). Then, one step simulation command is sent to each model object (105), and accordingly, each model object performs one step simulation (106). Here, the one-step simulation means that one simulation is performed when the simulation repeatedly simulates the target object at predetermined time intervals. After the one-step simulation is performed, the simulation result data is stored in the storage unit 15 (S308), and the end time of the simulation is checked (S307). If it is not the end time, the simulation command is again sent to each model object to perform one step simulation (S305 to 306).
이와 같은 본 발명에 따른 모델링 방법은 재사용성 및 확장성이 있다. 여기서 재사용성이란, 기 개발된 시스템을 동일한 대상에 대하여 수정하여 사용하거나, 기 대상 시스템과 성질이 다른 시스템에 이를 적용할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명은 대상 시스템의 실제 구성을 바탕으로 설계되어 구성되므로 개발자가 아니더라도 그 구성을 쉽게 이해 할 수 있으며, 따라서 재사용시 시스템 분석이 효율적이다.Such a modeling method according to the present invention is reusable and scalable. Here, reusability means that the previously developed system can be modified and used for the same object or applied to a system having different properties from the target system. The present invention is designed and configured based on the actual configuration of the target system, so even if you are not a developer, the configuration can be easily understood, and thus, system analysis is efficient when reused.
또한, 각각의 모델 객체를 독립적으로 생성하며 이를 모델 관리부를 통하여 시뮬레이션 할 수 있으므로, 원하는 객체를 쉽게 추가, 삭제, 수정할 수 있다. 즉, 추가, 삭제, 수정이 객체를 단위로 이루어지기 때문에 객체를 추가, 수정, 삭제하더라도 이러한 작용이 전체 시스템에 거의 영향을 미치지 않는다.In addition, since each model object can be created independently and simulated through the model management unit, desired objects can be easily added, deleted, or modified. That is, since addition, deletion, and modification are made by object, even if adding, modifying, or deleting an object, this action has little effect on the whole system.
또한, 본 발명에 따른 모델링 방법은 시스템 전체의 기능 수행을 위해 대상 시스템의 모델 객체들을 구성, 생성, 관리하는 종합화가 가능하다. 즉, 본 발명은 객체 단위로 모델을 구성, 생성, 관리하기 때문에 개념이 단순하고, 따라서, 앞서 언급한 바와 같이 수정, 확장 시에도 모델의 종합화 및 모델/시스템 관리가 용이하다.In addition, the modeling method according to the present invention can be integrated to configure, create, and manage model objects of the target system to perform the function of the entire system. That is, the concept of the present invention is simple because the model is configured, created, and managed on a per object basis. Therefore, as described above, the model is easily integrated and the model / system management is performed even when the model is modified or extended.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The drawings and detailed description of the invention are merely exemplary of the invention, which are used for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the appended claims or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 위성 모델링 방법은, 시뮬레이션을 위한 모델은 각 기계 장치들과 운동역학 모델들을 객체로 생성하여 종합화한다. 또한, 각 모델부는 일반화된 성질을 추출하여 일반화 모델 객체를 생성하고 이를 하위 모델 객체로 상속하여 사용하도록 함으로써 모델이 단순화되고 모델의 추가와 확장이 용이하다.As described above, in the satellite modeling method according to the present invention, the model for simulation synthesizes each mechanical device and kinematic models as an object. In addition, each model unit extracts generalized properties, creates a generalized model object, and inherits and uses it as a subordinate model object, thereby simplifying the model and easily adding and extending the model.
또한, 각각의 모델들의 고유한 특성은 각각의 모델 객체의 파라미터 객체에 저장하였다가 이를 참조하여 고유한 모델 객체를 생성할 수 있도록 함으로써, 모델의 특성 파라미터 객체의 변경만으로 원하는 모델을 만들어 낼 수 있다.In addition, the unique characteristics of each model can be stored in the parameter object of each model object, and then a unique model object can be created by referring to it, so that a desired model can be created only by changing the characteristic parameter object of the model. .
또한, 본 발명은 모델 관리기를 통하여 각각의 모델 객체들을 생성하고 초기화 명령을 내리며 시뮬레이션을 스케줄링함으로써, 전체 모델 객체들이 쉽게 종합화되어 올바른 시뮬레이션이 수행되도록 관리할 수 있다.In addition, according to the present invention, each model object is generated through the model manager, an initialization command is issued, and a simulation is scheduled, so that all model objects are easily synthesized and managed to perform a correct simulation.
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