分布式全数字联合仿真系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及分布式全数字联合仿真系统与方法，尤其涉及在耦合系统设计和迭代验证阶段，使用分布式和客户端/服务端结构，实现符合FMI标准的全数字联合仿真。系统由三部分组成：分布式联合仿真子系统客户端主要实现各子系统的数字仿真计算，分布式联合仿真结果可视化客户端主要实现仿真结果的可视化，分布式联合仿真服务端主要实现联合仿真的同步控制。本发明专利技术实现了异构系统模型的联合仿真，实现了跨地理区域的联合仿真，同时采用黑盒模式仿真，保护了知识产权。

Distributed all digital co simulation system and method

The invention relates to a distributed all-digital joint simulation system and method, in particular to the realization of all-digital joint simulation conforming to FMI standards using distributed and client/server architectures in the design and iterative verification phase of the coupling system. The system consists of three parts: the distributed Federated Simulation Subsystem client mainly realizes the digital simulation calculation of each subsystem, the distributed Federated Simulation result visualization client mainly realizes the simulation result visualization, and the distributed Federated Simulation server mainly realizes the synchronization control of the federated simulation. The invention realizes the joint simulation of heterogeneous system model, realizes the joint simulation across geographical regions, and adopts the black box mode simulation to protect intellectual property.

【技术实现步骤摘要】
分布式全数字联合仿真系统与方法
本专利技术涉及数字化系统仿真技术，具体涉及分布式全数字联合仿真系统与方法。
技术介绍
基于模型的系统工程越来越多的应用于V字型产品研发流程中，数字建模仿真能够对产品的设计方案进行全面的验证和优化，显著缩短研发周期，降低成本。在新一代航空飞行器机电和能量综合化方向发展的背景驱动下，仿真需求从单一子系统、单一学科向整合控制子系统、液压子系统、燃油子系统、环控子系统和能量分配子系统等多系统、多学科的联合仿真发展。现有联合仿真主要针对两种仿真工具间，通过提供两种模型间的接口实现数据交换，模型接口不具有通用性，难于做到真正多学科全系统的数字化仿真。分布式联合仿真系统采用FMI(FunctionalMock-upInterface)标准，实现了异构模型间的统一接口，分布式结构可以实现基于网络通信的联合仿真，使得异地的协同仿真得以实现，分布的仿真模型均以黑盒模型形式存在，保护了知识产权。
技术实现思路
针对上述技术不足，本专利技术的目的提供一种分布式全数字联合仿真系统与方法。耦合系统由多个子系统组成，并且各子系统间存在耦合关系，例如，航空飞行器机电系统包括控制子系统、液压子系统、燃油子系统和环控子系统等，各子系统间存在信号交联关系。对飞行器机电系统整体的设计进行数字化验证，需要整合各子系统完成综合仿真。本专利技术考虑到能够联合多种异构系统的模型，通过网络通信实现不同地域的联合仿真，提出了耦合系统的分布式联合仿真系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：分布式全数字联合仿真方法，包括以下步骤：分布式联合仿真子系统客户端实现FMU文件输入，并根据分布式联合仿真服务端发来的输入变量值对文件中的FMU模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果；将当前时刻的仿真结果作为输出变量值发送给分布式联合仿真服务端；分布式联合仿真服务端根据每个分布式联合仿真子系统客户端的地址和变量名称，进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的分布式联合仿真子系统客户端作为下一时刻的输入变量值；分布式联合仿真结果可视化客户端根据需要显示的变量和分布式联合仿真子系统客户端的地址，将分布式联合仿真服务端发来的该分布式联合仿真子系统客户端输出变量值进行显示。所述分布式联合仿真子系统客户端执行以下步骤：客户端人机接口模块实现输入FMU文件，填写分布式联合仿真服务端的地址，并将地址发送给通信接口模块，FMU中XML和DLL信息发送至客户端仿真控制模块；客户端仿真控制模块对FMU文件中XML和DLL信息表述的模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果交给通信接口模块，并等待下一时刻的输入变量值；通信接口模块将分布式联合仿真服务端发来的下一时刻的输入变量值发送至客户端仿真控制模块，并将当前时刻的仿真结果发送给分布式联合仿真服务端。所述分布式联合仿真服务端执行以下步骤：服务端人机界面模块将端口号发送给通信接口模块；通信接口模块监听到有分布式联合仿真子系统客户端连接该服务端时，记录下每个客户端的IP和端口号，以及每个客户端发出的输出变量和输入变量名称，并发送给联合仿真总控制模块；联合仿真总控制模块进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的客户端作为它们在下一时刻的输入变量值。所述子系统交联关系表达，通过收集所有客户端发来的输入变量和输出变量名称，用一张有向图表达各子系统客户端间的数据流向关系，有向图中的顶点表示客户端，有向边表示客户端间的数据逻辑流向关系。所述耦合系统的拓扑关系分析，当检测有向图存在环时，将环作为一个顶点处理；采用有向图进行拓扑排序，给出每个顶点的前继顶点和后续顶点，得到有向图的顶点与顶点间的有向连接关系。所述耦合系统的拓扑关系为有向图的顶点与顶点之间的有向边关系，表示分布式联合仿真子系统客户端间的数据分发关系。分布式全数字联合仿真系统，包括：分布式联合仿真子系统客户端，用于实现FMU文件输入，并根据分布式联合仿真服务端发来的输入变量值对文件中的FMU模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果；将当前时刻的仿真结果作为输出变量值发送给分布式联合仿真服务端；分布式联合仿真服务端，用于根据每个分布式联合仿真子系统客户端的地址和变量名称，进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的分布式联合仿真子系统客户端作为下一时刻的输入变量值；分布式联合仿真结果可视化客户端，用于根据需要显示的变量和分布式联合仿真子系统客户端的地址，将分布式联合仿真服务端发来的该分布式联合仿真子系统客户端输出变量值进行显示。所述分布式联合仿真子系统客户端包括：客户端人机接口模块，用于输入FMU文件，填写分布式联合仿真服务端的地址，并将地址发送给通信接口模块，FMU中XML和DLL信息发送至客户端仿真控制模块；客户端仿真控制模块，用于对FMU文件中XML和DLL信息表述的模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果交给通信接口模块，并等待下一时刻的输入变量值；通信接口模块，用于将分布式联合仿真服务端发来的下一时刻的输入变量值发送至客户端仿真控制模块，并将当前时刻的仿真结果发送给分布式联合仿真服务端。所述分布式联合仿真服务端包括：服务端人机界面模块，用于将端口号发送给通信接口模块；通信接口模块，用于监听到有分布式联合仿真子系统客户端连接该服务端时，记录下每个客户端的IP和端口号，以及每个客户端发出的输出变量和输入变量名称，并发送给联合仿真总控制模块；联合仿真总控制模块，用于进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的客户端作为它们在下一时刻的输入变量值。所述分布式联合仿真结果可视化客户端包括：客户端人机界面模块，用于选择需要显示的变量，填写分布式联合仿真服务端的IP地址和端口号，将所选的变量名称发给仿真结果可视化模块，将IP和端口号发送给通信接口模块；通信接口模块，用于接收分布式联合仿真服务端发来的输出变量值，并传给仿真结果可视化模块；仿真结果可视化模块，用于根据所选的变量名称显示输出变量值。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术能够整合多类异构系统的数字化模型，实现多学科的耦合系统仿真；2.能够实现跨地域的分布式联合仿真，实现跨地域间的协同仿真；3.实现符合FMI标准的联合仿真，兼容更多种类的数字化模型，实现基于黑盒模型的仿真，保护知识产权；4.实现仿真控制和数据交换，实现固定步长的仿真同步。附图说明图1分布式全数字联合仿真系统结构图；图2分布式联合仿真子系统客户端处理流程示意图；图3分布式联合仿真数据可视化客户端处理流程示意图；图4分布式联合仿真服务端处理流程示意图。图5服务端与客户端的数据通信流向图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术涉及分布式全数字联合仿真系统。尤其涉及在耦合系统设计和迭代验证阶段，使用分布式和客户端/服务端结构，实现符合FMI(FunctionalMock-upInterface)标准的全数字联合仿真。分布式全数字联合仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分布式全数字联合仿真方法，其特征在于包括以下步骤：分布式联合仿真子系统客户端实现FMU文件输入，并根据分布式联合仿真服务端发来的输入变量值对文件中的FMU模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果；将当前时刻的仿真结果作为输出变量值发送给分布式联合仿真服务端；分布式联合仿真服务端根据每个分布式联合仿真子系统客户端的地址和变量名称，进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的分布式联合仿真子系统客户端作为下一时刻的输入变量值；分布式联合仿真结果可视化客户端根据需要显示的变量和分布式联合仿真子系统客户端的地址，将分布式联合仿真服务端发来的该分布式联合仿真子系统客户端输出变量值进行显示。

【技术特征摘要】
1.分布式全数字联合仿真方法，其特征在于包括以下步骤：分布式联合仿真子系统客户端实现FMU文件输入，并根据分布式联合仿真服务端发来的输入变量值对文件中的FMU模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果；将当前时刻的仿真结果作为输出变量值发送给分布式联合仿真服务端；分布式联合仿真服务端根据每个分布式联合仿真子系统客户端的地址和变量名称，进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的分布式联合仿真子系统客户端作为下一时刻的输入变量值；分布式联合仿真结果可视化客户端根据需要显示的变量和分布式联合仿真子系统客户端的地址，将分布式联合仿真服务端发来的该分布式联合仿真子系统客户端输出变量值进行显示。2.根据权利要求1所述的分布式全数字联合仿真方法，其特征在于所述分布式联合仿真子系统客户端执行以下步骤：客户端人机接口模块实现输入FMU文件，填写分布式联合仿真服务端的地址，并将地址发送给通信接口模块，FMU中XML和DLL信息发送至客户端仿真控制模块；客户端仿真控制模块对FMU文件中XML和DLL信息表述的模型进行仿真，得到当前时刻的仿真结果交给通信接口模块，并等待下一时刻的输入变量值；通信接口模块将分布式联合仿真服务端发来的下一时刻的输入变量值发送至客户端仿真控制模块，并将当前时刻的仿真结果发送给分布式联合仿真服务端。3.根据权利要求1所述的分布式全数字联合仿真方法，其特征在于所述分布式联合仿真服务端执行以下步骤：服务端人机界面模块将端口号发送给通信接口模块；通信接口模块监听到有分布式联合仿真子系统客户端连接该服务端时，记录下每个客户端的IP和端口号，以及每个客户端发出的输出变量和输入变量名称，并发送给联合仿真总控制模块；联合仿真总控制模块进行子系统交联关系表达和耦合系统的拓扑关系分析；将当前时刻接收到的各客户端的输出变量值，按照耦合系统的拓扑关系发送给对应的客户端作为它们在下一时刻的输入变量值。4.根据权利要求3所述的分布式全数字联合仿真方法，其特征在于所述子系统交联关系表达，通过收集所有客户端发来的输入变量和输出变量名称，用一张有向图表达各子系统客户端间的数据流向关系，有向图中的顶点表示客户端，有向边表示客户端间的数据逻辑流向关系。5.根据权利要求3所述的分布式全数字联合仿真方法，其特征在于所述耦合系统的拓扑关系分析，当检测有向图存在环时，将环作为一个顶点处理；采用有向图进行拓扑排序，给出每个顶点的前继顶点和后续顶点，得到有向图的顶点与顶点间的有向连接关系。6.根据权利要求3所述的分布式全数字联合仿真方法，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿亮，廉东本，于金刚，马元婧，常颖，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21