基于hla半实物仿真系统的设计与实现

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文化背景的研究与开发环境下，半实物仿真是非常关键的研究和开发技术手段。但是由于半实物系统引入了部分实际物理系统与部分数学模型协同仿真运算，使得系统的复杂性，实时性，甚至可靠性要求都大幅度提高[4]。由于仿真系统面临的被仿真的实现对象存在差异和技术多样性。实际物理系统几乎没有是靠单一技术就能实现的，往往是包含多种技术领域的综合体，有多种技术实现构成，如机械，电子/电气，液压/液体，电磁，动力，实时/非实时等等。单一的研究技术不可能解决所有问题，这就要求仿真系统具有跨领域联合仿真功能，

2、并提供足够的可信度和验证能力。HLA是1995年美国国防部（DOD）发布的建模与仿真大纲—开发建模和仿真通用技术框架中的首要内容，其主要的目的是促进仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性。2000年9月成为IEEE国际标准化组织正式标准 —IEEE1516。HLA已被公认为解决跨平台分布式交互仿真的最佳选择[5]。但是由于半实物仿真要求严格的硬实时特性，HLA并没有对此提出具体 实现方法[6]。目前实际使用的HLA仿真技术和半实物仿真技术都没有实现有效的联合，而是单独应用。随着仿真应用的规模逐步增加，众多的系

3、统级的仿真应用大多数是跨领域，融合有多种体系的综合系统。虽然HLA标准设计之初就预留了与半实物仿真的接口，但是目前还没有形成有效的技术突破和公认的实现的产品。半实物实时仿真在我国应用的较早，HLA分布式交互仿真标准引入我国则相对较晚。目前国内HLA和半实物实时控制仿真都是各自独立应用。虽然国内几乎所有需要进行机械，电气，液压等复杂控制系统的应用开发的用户都迫切需要一种能够跨越实时与非实时领域，进行联合仿真的平台工具。但是目前国内市场无论是进口设备还是国产设备，还没有见到能够实现HLA融合，面向复杂系统联合仿真

4、的嵌入式半实物实时控制系统开发和仿真平台。本项目就是针对这一需求背景适时提出的解决方案。该项目成果能够为复合型机电控制系统提供高可信度的仿真研发平台。显著提高仿真研究和开发技术水平，节约研发成本，降低风险，提高开发效率。1.2与课题相关的国内外研究综述使用实际系统的模型对系统进行研究，是人类研究自然界最古老的科学和工程方法之一，它的历史可以追溯到两千年前人类在建筑、造船等行业中对“系统比例模型”的应用。在计算机问世之前，基于物理模型的实验一般-2-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文称为“模拟”，它附属于其它相关的

5、学科。直到20世纪40年代，随着计算机的出现，为建立系统模型及对模型的实验提供了强有力的支持，系统仿真技术才获得迅速发展并逐步形成一门独立的学科。“仿真”译自英文"Emulation"，而另一译名“模拟”(Simulation)。根据国际标准化组织(ISO)标准中的《数据处理》部分的名词解释，“模拟”的含义是选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程:“仿真”的含义是用另一个数据处理系统，主要是用硬件来全部或部分的模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数

6、据，执行同样的程序，获得同样的结果。按字面含义，“仿真”或“模拟”都表示“模仿真实系统”的意思，现在都将两者的内容统归于"仿真"一词的范畴，并且以英文“Simulation”来代表。仿真技术的发展大致经历了三个主要的阶段[7~10]。(1)模拟计算机仿真时期在第二次世界大战末期，对火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了模拟仿真技术的发展。1946年研制成第一台通用电子模拟计算机。建立在反馈运算放大器基础之上的模拟计算机，本质上是一种通用的电气装置，它是20世纪50--60年代普遍采用的仿真设备。(2)数字/

7、模拟混合计算机仿真时20世纪50年代末期到60年代，空间技术(如洲际导弹和宇宙飞船的姿态及轨道控制动力学)的研究促进了混合仿真技术的发展，1958年第一台混合计算机系统用于洲际导弹的仿真，1964年第一台商用混合计算机系统问世。这一时期成为混合计算机仿真的黄金时代。(3)全数字计算机仿真时期20世纪70年代随着微电子技术和数字计算机硬件及软件技术的发展，使全数字仿真机迅速崛起。第一台全数字实时仿真机AD10出现，80年代初公布了配套仿真软件MPS，从而形成完整系统Systeml0。至此，混合计算机仿真失去了在

8、实时仿真方面的垄断地位，全数字仿真成为系统仿真的主流，代表性的有美国ADI公司“AD-100计算机及仿真软件”，美国亚拉巴马州红石兵工厂的“美国陆军高级仿真中心(ASC)"，以及后来的美国的并行计算机公司(ConcurrentComputerCorporation)NightI-lawk实时计算机和ADI公司的实时工作站(RealTimeStation)。以美国为首的发达国家非常重视仿真在军事上的研