哈工大计算机仿真10.ppt

《哈工大计算机仿真10.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、3.6实时半实物仿真3.6.1实时半实物仿真概念系统仿真是利用相似理论、控制理论、计算技术等理论和技术，通过综合性的模型实验来揭示原型的本质和运动规律的科学方法。依照观察问题的角度和选择的分类标准不同，可以将仿真分成多种类型。如果按仿真时间与实际时间的比例关系来进行分类，可分为:实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时(仿真时间标尺大于自然时间标尺)亚实时仿真(仿真时间标尺小于自然时间标尺)仿真。实时数字仿真通常是指把一个数字仿真过程嵌入到一个具有实物模型的实际系统或仿真系统的运行过程中。这种系统必须按照实际系统运行的时序要求来完成数字

2、仿真过步骤。所谓半实物仿真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。“半实物仿真”这一称谓是国内仿真界对这一类系统仿真方法和相应的仿真系统的一种通俗而习惯的称呼，其准确的含义是：HardwareIntheLoopSimulation(HILS)，即回路中含有实物的仿真。实时性是进行半实物仿真的必要前提。HILS同其它类型的仿真方法相比具有实现更高真实度的可能性，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点来看，HILS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

3、到检验，因此,它是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。假设一个实际的动力学系统由实物系统过程A和实物系统过程B两部分组成，如图1所示。而在实时仿真过程中，常常将系统的一部分，例如这里的实物系统过程A，用数学模型来代替。在实际实现时，即用计算机的数字处理过程A来代替，如图2所示。实物系统过程B计算机数字处理过程A采样控制A/D输出控制D/A图2实时数字仿真过程框图实物系统过程B实物系统过程A图1系统组成图2中的计算机数字处理过程A，输入是Z，输出是y。经过采样系统和A/D转换，对于任意一组输入值Zm，通过计算机数字处理过程A的计算得到相应的

4、输出值。我们称ym为数字处理过程A对于输入Zm的响应。响应ym对于输入Zm的时间延迟称为响应时间。过程B为实物系统，通过D/A转换和输出控制接受过程A的输出量y，并输出Z。计算机数字处理过程A必须在实物系统同步的条件下获取动态输入信号，并实时地产生动态输出响应。这时仿真模型的输入和输出都是具有固定采样周期的数值序列。在数字处理过程A满足系统各项功能要求的情形下，对于任意特定的输入Z，响应时间都满足系统所要求的时间限制，则这种数字仿真过程通常为实时数字仿真过程。由于实时仿真模型包含有实物系统组成，因而这种仿真模型应具有如下一些特性:(1)实时性。

5、在实时仿真模型中通常都要求有一个固定的响应时间。这个定的响应时间的要求就是实时要求。其具体数值必须满足随机尖峰负载时的处理要求。数据采样和数模D/A、模数A/D转换的时间应有相应的固定时间要求。计算机接收实时动态输入，并产生实时动态输出的响应时也应有固定的相应的要求；(2)周期性。在一个实时仿真模型中，整个模型和各个子模型都有固有的周期要求和规律性。它们以固定的帧时间接受输入信息,并一帧一帧地产生输出信息。它们必须按照一定的顺序分配给它的周期时间内完成信息采样、变换、计算、恢复、输出等任务。(3)可靠性。可靠性在实时仿真中总是放在首要位置考虑的

6、．在一个实时仿真模型中，各个仿真子模型都应能根据输入可靠地运行，能逼真地实现子系统对输入的响应，给出相应的输出结果。像实物模型一样，不允许有超出规定的误差。半实物仿真和数学仿真都是系统研制工作的强有力的手段，具有提高系统研制质量、缩短研制周期和节省研制费用等优点。对于研制的系统有的很难建立起准确的数学模型，在半实物仿真中，将这一部分以实物直接参与仿真，从而可以避免建模之困难，克服建模不准造成的误差。随着科学研究和大型工程设计的发展需要，以及计算机技术迅速发展所提供的可能，实时数字仿真已经在航空、航天、核工业、电子、电力工业等领域中得到广泛的应用

7、。3.6.2实时仿真算法的特点由于动力学系统的实时仿真有实物系统介入仿真模型，所以要求仿真模型的时间比例尺完全等于原始模型的时间比例尺。进行实时仿真时必须采用相应的实时仿真算法。在实时仿真中采用的算法与动力学系统非实时仿真和通常的科学工程计算的算法的需求不同，它有如下一些特点。(1)算法的快速性这是实时数字仿真对算法的最基本的需求。因为在一个固定的时间间隔内在一定设备条件下，要给出下一个采样时刻的实时输出，只有通过构造数字处理过程的算法的快速性才能缩短数字处理过程对输入的响应时间。例如，对微分方程，的实时仿真，式中x(t)为状态变量，u(t)为

8、输入变量。在运行这个仿真模型时，输入数据为数值序列其中T为采样周期，um来自实物系统或物理环境，或通过驱动计算机的其它数字处理过程得到。，从开始，对式