半实物仿真的先进性及其特点


 半实物仿真,又称为硬件在回路中的仿真(Hardware in the Loop Simulation),是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真。实时性是进行半实物仿真的必要前提。
  半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实度的可能性。从系统的观点来看,半实物仿真允许在系统中接入部分实物,意味着可以把部分实物放在系统中进行考察,从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验,因此半实物仿真是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。
  半实物仿真的先进性及其特点
  半实物仿真技术自20世纪60年代问世直到目前美国研制航天飞机,始终盛行不衰。美国大多数国防项目承包商都有一个或多个半实物仿真实验室,这些实验室代表了当前世界先进水平。其先进性体现在:
  (1)有高速高精度的仿真机;
  (2)有先进完备的环境模拟设备。国内半实物仿真技术在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等应用研究方面也达到了较高水平。
  半实物仿真的特点是:
  (3)在回路中接入实物,必须实时运行,即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。
  (4)需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。
  (5)半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际
  1.3半实物仿真系统的基本组成与原理
  半实物仿真系统属于实时仿真系统。它是一种硬件在环实时技术,把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中去,并要求系统的软件和硬件都要实时运行,从而模拟整个系统的运行状态,
  (1)仿真计算机
  仿真计算机是实时仿真系统的核心部分,它运行实体对象和仿真环境的数学模型和程序。一般来说,采用层次化、模块化的建模法,将模块化程序划分为不同的速率块,在仿真计算机中按速率块实时调度运行。对于复杂的大型仿真系统,可用多台计算机联网实时运行。
  (2)物理效应设备
  物理效应设备的作用是模拟复现真实世界的物理环境,形成仿真环境或称为虚拟环境。物理效应设备实现的技术途径多种多样,方案之一是采用伺服控制回路,通过伺服控制回路控制形成相应的物理量,方案之二是在已储存好的数据库中搜索相应的数据,转化为相应的物理量。
  (3)接口设备
  仿真计算机输出的驱动信号经接口变换后驱动相应的物理效应设备。接口设备同时将操作人员或实物系统的控制输入信号馈入仿真计算机。

 

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