[發(fā)明專利]分布式半實(shí)物仿真航天器健康管理系統(tǒng)區(qū)域推理機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710474108.8
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN109100952B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于勁松;王昊飛;唐偉旗;唐荻音;高占寶;劉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.分布式半實(shí)物仿真航天器健康管理系統(tǒng)區(qū)域推理機(jī)，其特征在于：仿真平臺主要成員包括機(jī)載仿真管理器、仿真數(shù)據(jù)源推進(jìn)器、仿真解算器三個部分；所述機(jī)載仿真管理器負(fù)責(zé)管理各仿真成員信息、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，以及數(shù)據(jù)解析工作；所述仿真數(shù)據(jù)源推進(jìn)器用于模型驅(qū)動，通過對象模型的加載解算推進(jìn)仿真數(shù)據(jù)源；所述仿真解算器用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理及演示，完成航天器健康管理的職能；

所述的機(jī)載仿真管理器使用cPCI主控卡，搭載VxWorks操作系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)管理模塊，仿真控制模塊，通信服務(wù)器模塊及標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出模塊；其中所述數(shù)據(jù)管理模塊用于存儲航天器健康管理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)；所述仿真控制模塊屬于仿真邏輯層，負(fù)責(zé)運(yùn)行仿真的主體邏輯；所述通信服務(wù)器模塊包含TCP/IP通信服務(wù)器模塊及1553B通信服務(wù)器模塊，負(fù)責(zé)所述機(jī)載仿真管理器與各仿真成員進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出模塊主要用于測試，提供控制臺用戶操作界面，用戶通過該界面實(shí)現(xiàn)對所述機(jī)載仿真管理器的訪問和控制；

所述的仿真數(shù)據(jù)源推進(jìn)器，包括仿真模型驅(qū)動器、算法模型文件、模型描述文件、成員窗體模塊四個部分，所述仿真模型驅(qū)動器用于提供一種通用的模型驅(qū)動模塊；所述算法模型文件是m模型文件或Simulink模型文件，或動態(tài)鏈接庫模型文件；所述模型描述文件用于描述對象模型或者算法模型文件的信息，為所述仿真模型驅(qū)動器加載仿真模型，所述對象模型或者算法模型文件的信息包括對象模型或者算法模型文件名稱和路徑、模型的輸入輸出變量及其類型信息；所述成員窗體模塊用于顯示仿真成員仿真解算的結(jié)果信息；

所述機(jī)載仿真管理器的軟件結(jié)構(gòu)包括算法執(zhí)行模塊，所述算法執(zhí)行模塊屬于健康管理系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)層，其包含所有執(zhí)行健康管理職能的算法代碼，內(nèi)置包含數(shù)據(jù)處理算法模塊、故障診斷算法模塊、壽命預(yù)測算法模塊，每個算法子模塊包含唯一的算法識別碼，開發(fā)者在交叉開發(fā)中通過該算法識別碼執(zhí)行對應(yīng)的算法模塊；

所述仿真解算器，包括數(shù)據(jù)解算模塊和數(shù)據(jù)演示模塊，所述數(shù)據(jù)解算模塊基于OSA/CBM標(biāo)準(zhǔn)劃分為數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測、健康評估若干子模塊，子模塊實(shí)現(xiàn)方法內(nèi)置于機(jī)載計(jì)算機(jī)中，所述數(shù)據(jù)解算模塊各子模塊獲得、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)均通過所述機(jī)載仿真管理器調(diào)度；所述數(shù)據(jù)演示模塊屬于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)使用相同的數(shù)據(jù)接口通過所述TCP/IP通訊模塊與機(jī)載計(jì)算機(jī)相連，用戶使用其窗體模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

使用VxWorks中不依賴于系統(tǒng)時鐘的sysTimeStamp()函數(shù)計(jì)算算法響應(yīng)時間，所述sysTimeStamp()函數(shù)通過讀取該定時器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值獲取高精度定時，通過sysTimestampFreq()函數(shù)得到系統(tǒng)時間戳的頻率，從而反映出CPU定時器的基準(zhǔn)頻率，該時間戳的實(shí)現(xiàn)方式為查詢方式，系統(tǒng)時鐘定時中斷是以tick為單位的，查詢方式進(jìn)一步提高分辨率讀取定時器計(jì)數(shù)值；

所述機(jī)載仿真管理器中，各模塊間的任務(wù)調(diào)度采用優(yōu)先級搶占調(diào)度法，所述算法執(zhí)行模塊優(yōu)先級高于其它模塊，所述算法執(zhí)行模塊的各子模塊間采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法；所述輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法擴(kuò)充到所述優(yōu)先級搶占調(diào)度法中，當(dāng)多個任務(wù)優(yōu)先級相同的情況下，所述輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法使任務(wù)按平等的時間片運(yùn)行于CPU，共享CPU；在程序?qū)崿F(xiàn)中，通過taskSpawn()實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行的架構(gòu)，通過調(diào)用taskDelay()、taskSuspend()、taskResume()的VxWorks基礎(chǔ)庫函數(shù)，用戶在宿主機(jī)開發(fā)界面直接對VxWorks系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式半實(shí)物仿真航天器健康管理系統(tǒng)區(qū)域推理機(jī)，其特征在于：所述仿真模型驅(qū)動器，包括仿真驅(qū)動窗體模塊、仿真中轉(zhuǎn)模塊、定時器模塊和1553B通信客戶端模塊、通用模型驅(qū)動模塊，其中所述仿真驅(qū)動窗體模塊屬于表示層，所述仿真中轉(zhuǎn)模塊屬于仿真邏輯層，所述通用模型驅(qū)動模塊、所述定時器模塊和所述1553B通信客戶端模塊屬于技術(shù)實(shí)現(xiàn)層；所述的仿真驅(qū)動窗體模塊提供仿真成員的公共操作界面；所述仿真中轉(zhuǎn)模塊負(fù)責(zé)處理所驅(qū)動的仿真成員的仿真邏輯；所述定時器模塊的作用是每隔一段時間觸發(fā)一次定時事件來推進(jìn)仿真；所述1553B通信客戶端模塊與所述通用模型驅(qū)動模塊構(gòu)成客戶/服務(wù)器通信架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)仿真成員與所述機(jī)載仿真管理器間的通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述區(qū)域推理機(jī)的仿真方法，其特征在于：

第一步：在管理機(jī)開發(fā)機(jī)中運(yùn)行FTP Server，打開機(jī)載仿真管理器，等待所述機(jī)載仿真管理器加載VxWorks操作系統(tǒng)內(nèi)核文件，直至所述FTP Server輸出端顯示傳輸成功為止；在所述管理機(jī)開發(fā)機(jī)中啟動Wind RiverWorkbench，連接至目標(biāo)機(jī)，在Shell中啟動服務(wù)器程序；

第二步：在仿真數(shù)據(jù)源機(jī)中啟動仿真模型驅(qū)動器，配置仿真模型信息，依次選擇推進(jìn)方式，模型描述文件及仿真成員窗體，通訊方式，仿真解算周期、仿真時間步長和實(shí)際定時步長；載入仿真成員窗體后開始仿真，仿真的開始不需等待信息演示機(jī)的就緒；

第三步：在所述信息演示機(jī)中啟動仿真成員i客戶端程序，設(shè)置所述機(jī)載仿真管理器IP地址，連接至所述機(jī)載仿真管理器；依據(jù)不同的演示模塊，用戶選擇單步仿真和定時仿真；單步仿真中，仿真成員i客戶端向所述機(jī)載仿真管理器發(fā)送一次數(shù)據(jù)請求，所述機(jī)載仿真管理器依據(jù)仿真成員發(fā)送的命令串發(fā)生解算響應(yīng)，并將所需數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端程序，完成一次仿真過程；定時仿真中，仿真成員客戶端通過定時器模塊以固定時長向所述機(jī)載仿真管理器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，以滿足部分連續(xù)模型演示需求；

第四步：仿真完成后，各仿真成員停止發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，卸載模型以釋放資源。