[發(fā)明專利]一種實(shí)時雙內(nèi)核單機(jī)半實(shí)物仿真架構(gòu)及仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011001773.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112131741A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 權(quán)磊;朱繁;朱婧祎;吳必成;甘東文
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F9/455
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

本發(fā)明公開了一種實(shí)時雙內(nèi)核單機(jī)半實(shí)物仿真架構(gòu)及仿真方法，半實(shí)物仿真主機(jī)內(nèi)部設(shè)有多核心中央處理器，多核心中央處理器包括共享一套設(shè)備驅(qū)動/接口模塊及中斷托管系統(tǒng)的實(shí)時內(nèi)核模塊和非實(shí)時內(nèi)核模塊，實(shí)時內(nèi)核模塊包括實(shí)時內(nèi)核，非實(shí)時內(nèi)核模塊包括通用操作系統(tǒng)內(nèi)核；兩個獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)時內(nèi)核和通用操作系統(tǒng)內(nèi)核承載于中斷托管系統(tǒng)之上；實(shí)時內(nèi)核與和通用操作系統(tǒng)內(nèi)核之間通過通信通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將實(shí)際仿真邏輯流程與數(shù)據(jù)收集、分析流程隔離。本發(fā)明提高了半實(shí)物仿真的實(shí)時性、算法兼容性以及仿真一致性，從而達(dá)到有效評估待測模塊的目的，降低了系統(tǒng)集成難度，縮短了開發(fā)周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿真技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)時雙內(nèi)核單機(jī)半實(shí)物仿真架構(gòu)及仿真方法。

背景技術(shù)

飛行器包含機(jī)電、結(jié)構(gòu)、熱、氣動等多個方面的綜合系統(tǒng)，并且由于其飛行速度快，與氣流作用狀態(tài)復(fù)雜，存在多種風(fēng)險因素。因此需要通過理論計算、仿真、半實(shí)物仿真等多種手段對可能的飛行狀態(tài)進(jìn)行模擬，以檢驗(yàn)算法以及系統(tǒng)單元的正確性及可靠性。

典型的飛行器控制回路如圖1a所示，主要包含姿態(tài)感知單元、控制計算單元和執(zhí)行/動作單元三個模塊，實(shí)際飛行過程中，殼體和舵的姿態(tài)在氣流的作用下不停的變化，姿態(tài)感知單元周期性的由傳感器獲得飛行器的姿態(tài)加速度信息，并傳遞給控制計算單元，由控制計算單元根據(jù)飛行器當(dāng)前姿態(tài)和速度信息以及預(yù)定的飛行軌跡計算出執(zhí)行/動作單元所需變化量，并向執(zhí)行/動作單元發(fā)出動作指令。執(zhí)行\(zhòng)動作單元根據(jù)指令控制作動器做出相應(yīng)調(diào)整，使得飛行器按照預(yù)定軌跡飛行。

由于在測試狀態(tài)，不具備飛行條件，因此往往采用仿真/半實(shí)物仿真系統(tǒng)對飛行器的整個飛行過程進(jìn)行仿真，半實(shí)物仿真系統(tǒng)包含氣動仿真模型、控制算法模型和模擬動作單元三個模塊，其中氣動仿真模型負(fù)責(zé)模擬飛行器在飛行過程中與氣流的相互作用，最終輸出和姿態(tài)感知單元輸出格式一致的飛行器的姿態(tài)、加速度信息，并傳遞給控制計算單元；控制算法模型負(fù)責(zé)根據(jù)收到的飛行器姿態(tài)加速度信息以及預(yù)定的飛行軌跡計算出執(zhí)行/動作單元所需變化量，輸出和控制計算單元輸出格式一致的動作指令；模擬動作單元模擬了執(zhí)行/動作單元，負(fù)責(zé)根據(jù)接受到的動作指令，改變舵的姿態(tài)進(jìn)而改變飛行器姿態(tài)。

飛行器的仿真分為全仿真、作動器半實(shí)物仿真、控制回路半實(shí)物仿真三個層面：

全仿真：全仿真旨在評估氣動模型和控制算法在仿真狀態(tài)下的性能，采用仿真方式實(shí)現(xiàn)整個飛行器控制回路，如圖1b（實(shí)線）所示。該仿真中，由氣動模型得出飛行器的姿態(tài)信息，交由控制算法模型根據(jù)姿態(tài)信息和預(yù)設(shè)飛行軌跡計算出當(dāng)前要執(zhí)行的指令，按照嚴(yán)格的時間順序?qū)幼髦噶畎l(fā)送給模擬動作單元，模擬動作單元進(jìn)一步改變氣動模型參數(shù)，使得飛行器姿態(tài)發(fā)生改變，如此循環(huán)直到飛行仿真結(jié)束。

作動器半實(shí)物仿真：作動器半實(shí)物仿真旨在評估執(zhí)行/動作單元的執(zhí)行準(zhǔn)確性和效能，如圖1b（點(diǎn)畫線）所示。該仿真中，由半實(shí)物仿真系統(tǒng)負(fù)責(zé)姿態(tài)感知單元模擬和控制計算單元的模擬，采用預(yù)設(shè)的氣動模型及控制算法模型計算出當(dāng)前要執(zhí)行的指令，按照嚴(yán)格的時間順序?qū)幼髦噶畎l(fā)送給作動器，同時利用傳感器獲取作動器的執(zhí)行結(jié)果，對作動器的執(zhí)行效能進(jìn)行評估。

控制回路半實(shí)物仿真：控制回路半實(shí)物仿真旨在評估控制計算單元和執(zhí)行/動作單元的準(zhǔn)確性和效能，如圖1b（虛線）所示。該仿真中，由半實(shí)物仿真系統(tǒng)負(fù)責(zé)姿態(tài)感知單元的模擬，采用預(yù)設(shè)的氣動模型算出飛行器實(shí)際飛行時的姿態(tài)加速度，按照嚴(yán)格的時間順序?qū)⒓铀俣劝l(fā)送給控制計算單元，控制計算單元再計算出相應(yīng)動作指令并發(fā)送給執(zhí)行\(zhòng)動作單元，最后利用傳感器獲取作動器的執(zhí)行結(jié)果，從而對控制回路的效能進(jìn)行評估。

典型的高速飛行器系統(tǒng)，具有飛行速度快、指令周期短的特性，為了更加準(zhǔn)確地評估控制回路及控制算法的有效性，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有半實(shí)物仿真系統(tǒng)存在以下問題：

1、仿真軟件依賴于操作系統(tǒng)，實(shí)時性差；