基于混杂自动机的装备仿真训练机理建模方法研究

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1、基于混杂自动机的装备仿真训练机理建模方法研究马子龙MAZi-long；房立清FANGLi-qing（军械工程学院火炮工程系，石家庄050003）摘要：在装备操作仿真训练的机理模型建模过程中，由于训练内容较多、装备工作状态复杂，难以建立表达明确的面向操作训练的机理模型。针对这种情况，基于混杂自动机理论提出适合装备操作系统的自动机模型，并对其建模实现方法进行研究，提出了一种利用Simulink/Statefloulink中的Stateflo为m维的控制空间，uq（t）∈U和u（t）∈U分别为连续系统对应的内部和外部控制向量，则状态映射函数也可以表示为：（2）接口部分是混杂系统中的信号表达和

2、处理方面的关键部分，主要由执行器和发生器组成。执行器可由离散状态集合Q和离散输出事件集合∑c到控制输入空间U映射γ表示，即：γ：Q∪∑c→U（3）发生器由连续状态空间X到离散事件集合∑u的映射α表示：α：X→∑u（4）在装备操作机理建模过程中，利用上面提出的混杂自动机模型可以建立完整的机理模型，但是随着装备工作状态和操作行为复杂度的增加，单一层次的模型会使状态空间的状态呈爆炸式增长，另外模型缺乏对并行机制的支持，不能描述装备的并行操作。针对上述不足，将Harel建立的层级有限自动机[6]中层级（Hierarchy）、并发（Concurrency）的概念对混杂自动机模型进行扩展，通过引入

3、状态层次函数ρ和状态类型函数φ分别描述状态之间的层次和并发关系。因此，整个混杂系统的混杂自动机模型可以由下面的11元组表述：H=（Q，∑，X，U，F，E，T，γ，α，ρ，φ）（5）3基于混杂自动机模型的装备操作机理建模3.1装备操作训练仿真系统在进行基于虚拟现实技术的装备仿真训练系统构建时，武器系统中包含的机械结构复杂，从建模的效率出发，采用Solidax对不规则曲面模型建模，最后经3dmax导出插件导出为.nmo格式，应用到Virtools虚拟现实编辑环境中。装备操作训练仿真系统为半实物设计，分设多名操席位，在协同操作训练过程中，多个下位机与控制引擎之间的交互是基于UDP协议的网络通

4、信。装备操作仿真系统硬件组成如图3所示。由图3中可知，利用Matlab/Statefloulink模型中的S函数和Virtools中的事件触发部分。由于操作训练的内容不同，对应的装备工作状态也不一样，各个机构之间的运行状况也不同，因此，对CVDS模型进行划分，便于建模和系统控制。系统模型结构如图4所示。3.2基于有限状态机理论的DEDS建模本文主要基于某型火炮的机理建模过程，首先应分析其工作流程，并按照一定的操作阶段和武器系统的状态划分工作阶段。在由行军状态向战斗状态转换过程中，需要进行升炮操作，如图5所示，分别有三个控制手柄分别控制1、2、3号炮脚的液压系统的工作状态，另外有启动和停

5、止按钮操纵炮脚液压系统的工作启停。操作流程主要为首先通过3个控制手柄设定炮脚液压系统的起落状态，然后通过控制按钮控制液压系统的启停。例如当系统进行到升炮训练进程时，如图6所示，炮手扳动控制手柄1控制炮脚落下，Virtools中的控制手柄的模块在接收人机交互模块发出的消息后，在进行手柄扳动的动作演示同时，利用UDP通信模块将操作事件发送给Simulink，Simulink针对操作事件信息进行数据解析后利用S函数编写的模块在线修改常量模块的参数值，触发HANDLE_1_DOatlab/Statefloalismforplexsystems[J].ScienceofputerProgramm

6、ing,1987.