本发明专利技术属于飞行模拟技术领域。解决传统视景仿真建模缓慢和对用户建模技术要求较高的缺点，提供一种有效的分布式仿真架构和实时视景仿真相结合的仿真方法，本发明专利技术采取的技术方案是，基于分布式架构的临近空间飞行器视景仿真方法：所述方法借助于下列三部分装置实现：仿真专用的实时仿真系统以太网络，监控和视景传输专用的以太网络，以及基于光纤的dSPACE监控网络；所述方法包括如下步骤：分布式架构的仿真通信步骤：为分布式仿真调度步骤；实时仿真数据以太网传输步骤；视景仿真步骤。本发明专利技术主要应用于飞行模拟场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行模拟
，特别涉及一种。
技术介绍
临近空间飞行器飞行速度通常大于5倍声速，且飞行覆盖范围广，飞行环境复杂， 任何较小的扰动都能对其控制性能造成较大的影响。传统的数字仿真提供的仿真数据和曲线不足以全面直观的反映临近空间飞行器的飞行状态特点和控制性能优劣。因此，采用分布式实时仿真架构充分验证飞行器控制性能和实时性能，使用可视化仿真技术逼真的显示实时仿真控制效果，在临近空间飞行器的仿真领域具有十分重要的作用和意义。分布式仿真用于验证控制系统各分系统之间的数据传输实时性、时序正确性，常用的解决方案包括dSPACE实时仿真系统和xPC Target实时仿真系统两种。dSPACE实时仿真系统实时性强，可靠性高，但是全部用dSPACE实时仿真系统搭建平台造价太高，且不易于硬件的升级替换。xPC Target实时仿真系统采用x86架构的计算机来实现，成本较低且易于扩展丰富的I/O接口，同时，Matlab提供的以太网通信工具箱也方便搭建实时以太网通信，但是其实时性能低于dSPACE实时仿真系统，不适宜高精度仿真。因此，采用dSPACE 实时仿真系统与xPC Target实时仿真系统相结合的方式进行分布式仿真系统的开发，可以充分利用两者的优势，快速搭建分布式仿真架构。视景仿真主要包括建模和模型驱动两个方面，有关视景仿真方面的研究，目前主要开发途径有三种方式底层开发、上层开发和交互开发。第一种，底层开发即通过底层的函数库(OpenGL或者Direct3D)完成，开发周期长，开发方式自由；第二种，上层开发是利用商业软件完成，常见的是Creator/Vega，其中Creator完成建模，Vega完成模型驱动，受限于商业软件，底层进行封装，某些功能不能实现；第三种，交互开发是利用软件完成建模，通过接口导入到底层函数库中驱动，常见的是在3DMAX中完成建模，在OpenGL中进行模型驱动，结合了第一、二种方式的优点，但是建立模型需要专业技能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，解决分布式仿真开发成本高周期长，以及传统视景仿真建模缓慢和对用户建模技术要求较高的缺点，提供一种有效的分布式仿真架构和实时视景仿真相结合的仿真方法，本专利技术采取的技术方案是，所述方法借助于下列三部分装置实现仿真专用的实时仿真系统以太网络， 监控和视景传输专用的以太网络，以及基于光纤的dSPACE监控网络；仿真专用的实时仿真系统以太网络，具体组成为(1) dSPACE实时仿真系统，该系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/ Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，本专利技术采用的dSPACE实时仿真系统配备有两块DS1005处理器，负责运行临近空间飞行器的飞行器模型和控制方法；(2)xPC Target实时仿真系统，xPC Target是一种高性能的主机-目标机结构原型环境，负责运行临近空间飞行器的飞行环境模拟模型和气动参数解算模型；监控和视景传输专用的以太网络，具体组成为(1)仿真监控机，利用TCP/IP方式与xPC Target实时仿真系统进行通信，实现仿真程序的编译和下载，同时监控实时仿真数据，通过UDP方式传输给视景仿真计算机；(2) xPC Target实时仿真系统，通过该专用网络接收仿真监控机下载的仿真程序， 并在仿真中将实时仿真数据传回宿主机监控；(3)视景仿真计算机，通过UDP方式接收仿真监控机发来的实时数据，驱动视景仿真程序，实现实时视景仿真；基于光纤的dSPACE监控网络，具体组成为(1)仿真监控机，配备有DS817高速串行通讯接口板，通过光纤与dSPACE实时仿真机的DS814高速串行通讯接口板进行通讯，实现仿真程序的下载和仿真控制；(2) dSPACE实时仿真系统，配备有DS814高速串行通讯接口板，接收仿真监控机的仿真控制指令，并上传实时仿真数据；所述方法包括如下步骤分布式架构的仿真通信步骤仿真程序基于Matlab/Simulink进行开发，分别利用xPCTarget模型库中的UDP子库和dSPACE公司提供的DS4504以太网实时接口库RTI来实现xPCTarget实时仿真系统和dSPACE实时仿真系统的以太网通信，将仿真程序按功能划分为四部分，分别为飞行器模型，控制方法，环境模拟模型和气动参数解算模块，在每一部分仿真程序中添加UDP通信配置模块，先设置好本地的IP地址和数据接收端口，在模块的输入端添加UDP接收模块和解码模块，用于接收前一仿真节点发送来的字节流数据，并利用解码还原得到实际的仿真输入参数数据类型，再在模块输出端添加编码模块和UDP发送模块，将计算后的仿真数据打包为字节流用于数据传输，最后，设置好下一仿真节点即接收端的IP地址和端口号，将各部分仿真程序下载到相应的实时仿真系统中，即完成了分布式架构的仿真通信程序开发；分布式架构的仿真调度步骤分布式仿真架构中采用dSPACE实时仿真系统和xPC Target实时仿真系统，在dSPACE实时仿真系统的仿真模块中加入中断模块，利用dSPACE实时仿真系统产生统一的仿真时序中断触发信号，充当整个系统的调度中心，而xPC Target 实时仿真系统均工作在中断模式下，分布式仿真开始后，dSPACE实时仿真系统仿真周期先启动运行，并产生中断触发信号，xPC Target实时仿真系统响应中断触发信号，启动xPC Target实时仿真系统仿真周期，计算完成后产生中断返回信号，进入下一个dSPACE实时仿真系统仿真周期，直到整个仿真过程结束；实时仿真数据以太网传输步骤，分布式仿真开始后，仿真监控机完成监控应用程序的初始化工作，创建SOCKET套接字，绑定UDP发送端口为视景仿真计算机，并发送数据请求响应，一旦视景计算机响应请求建立连接，仿真监控机即可启动分布式仿真，开始实时监控获取来自dSPACE实时仿真系统和xPC Target实时仿真系统的仿真数据，并定时监控仿真运行状态，通过UDP方式传输打包的仿真数据到视景仿真计算机，直到整个仿真过程结束；视景仿真步骤是在VC环境中，基于三维重建和OpenGL实现的，分为如下部分(1)三维重建在AUTOCAD软件中建立飞行器的三视图，保存为绘图交换文件格式，并在VC 环境中建立相应的接口，将三视图的点、边信息读取到数组中保存；在三视图中二维点的基础上，根据三视图的“对应原理”，即“长对正，宽平齐，高相等”的特性，进行点的重建，获取飞行器模型三维点的信息；在三视图中二维边的基础上，根据三视图的“投影匹配性质”，按照三维边在三视图中投影的特征，将三维边分为七类，并建立决策树.将三维边分类，并建立决策树，完成线的重建具体步骤是，将前视图、左视图、俯视图依次作为入口，以深度优先方式遍历决策树，按照前视图、俯视图、左视图的顺序，判断候选投影链接的两个端点是否满足对应原理， 最终获取匹配的边线的类型和坐标参数；在上述所获得的三维点、边的基础上，选择相邻的两条边，建立平面法线，根据深度优先搜索，获取平面内的所有边；然后，根据相关性质去除平面内的“伪边”并获取面的 “极大环”，保存到相应数据结构中，“极大环”即可描述一个平面；(2)三维显示在VC环境中，通过OpenGL函数库描绘飞行器的各三维平面，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1. 一种基于分布式架构的临近空间飞行器视景仿真方法，其特征是，所述方法借助于下列三部分装置实现仿真专用的实时仿真系统以太网络，监控和视景传输专用的以太网络，以及基于光纤的dSPACE监控网络仿真专用的实时仿真系统以太网络，具体组成为(1)dSPACE实时仿真系统，该系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/ Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，本发明采用的dSPACE实时仿真系统配备有两块DS1005处理器，负责运行临近空间飞行器的飞行器模型和控制方法；(2)xPCTarget实时仿真系统，xPC Target是一种高性能的主机-目标机结构原型环境，负责运行临近空间飞行器的飞行环境模拟模型和气动参数解算模型；监控和视景传输专用的以太网络，具体组成为(1)仿真监控机，利用TCP/IP方式与xPCTarget实时仿真系统进行通信，实现仿真程序的编译和下载，同时监控实时仿真数据，通过UDP方式传输给视景仿真计算机；(2)xPC Target实时仿真系统，通过该专用网络接收仿真监控机下载的仿真程序，并在仿真中将实时仿真数据传回宿主机监控；(3)视景仿真计算机，通过UDP方式接收仿真监控机发来的实时数据，驱动视景仿真程序，实现实时视景仿真；基于光纤的dSPACE监控网络，具体组成为(1)仿真监控机，配备有DS817高速串行通讯接口板，通过光纤与dSPACE实时仿真机的 DS814高速串行通讯接口板进行通讯，实现仿真程序的下载和仿真控制；(2)dSPACE实时仿真系统，配备有DS814高速串行通讯接口板，接收仿真监控机的仿真控制指令，并上传实时仿真数据；所述方法包括如下步骤分布式架构的仿真通信步骤仿真程序基于Matlab/Simulink进行开发，分别利用xPC Target模型库中的UDP子库和dSPACE公司提供的DS4504以太网实时接口库RTI来实现 xPC Target实时仿真系统和dSPACE实时仿真系统的以太网通信，将仿真程序按功能划分为四部分，分别为飞行器模型，控制方法，环境模拟模型和气动参数解算模块，在每一部分仿真程序中添加UDP通信配置模块，先设置好本地的IP地址和数据接收端口，在模块的输入端添加UDP接收模块和解码模块，用于接收前一仿真节点发送来的字节流数据，并利用解码还原得到实际的仿真输入参数数据类型，再在模块输出端添加编码模块和UDP发送模块，将计算后的仿真数据打包为字节流用于数据传输，最后，设置好下一仿真节点即接收端的IP地址和端口号，将各部分仿真程序下载到相应的实时仿真系统中，即完成了分布式架构的仿真通信程序开发；分布式架构的仿真调度步骤分布式仿真架构中采用dSPACE实时仿真系统和 xPCTarget实时仿真系统，在dSPACE实时仿真系统的仿真模块中加入中断模块，利用 dSPACE实时仿真系统产生统一的仿真时序中断触发信号，充当整个系统的调度...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗群，廖海林，吕力，田栢苓，曲照伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。