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基于FMI 的信息—物理模型集成验证

方案背景
卫星控制系统通常是由控制器、执行机构、卫星本体、传感器等组成的闭环系统,可以简单认为是由控制器和被控对象组成的闭环。控制器的物理实现是典型的离散电子系统,其核心是控制算法或软件,通常由C/C++实现,属于信息(Cyber)空间,被控对象一般是典型的连续物理系统,通常由专业物理仿真软件进行仿真分析,属于物理(Physical)空间。两者难以直接融合,目前常用的是通过传递函数把物理系统信息化的方法,难以处理复杂物理对象,而且精度有限。
 
方案描述
针对这种以控制为中心的多领域闭环耦合问题,可以采用多领域统一建模语言Modelica实现多领域被控对象的可视化统一物理建模,然后通过标准的功能样机接口(FMI)将Modelica物理模型转化为以固定格式C代码描述的功能样机单元(FMU),与控制器直接集成形成闭环仿真分析,由此通过FMI实现信息空间与物理空间的模型集成。基于FMI接口协议可以搭建控制系统分布式仿真平台,仿真模型既可以指定在计算节点上运行,也可在主控计算机上运行,非常灵活。

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应用案例
以航天器控制系统的某仿真工况为例,首先,基于Modelica规范在MWorks.Sysplorer上建立被控对象模型,再将测试过的被控对象模型,导出为FMU模型;同时在系统可视化集成设计与验证平台(SystemDesigner)上,进行图形化的控制器设计,并生成C/C++的控制器模型;最后,在SystemDesigner平台上,将控制器模型(C++模型)与被控对象模型(FMU模型) 进行集成,构建仿真环境。

1.开放性:基于FMI接口标准,能够很方便地集成各成熟商业软件模型,极大提高平台仿真能力;
2.分布式:有效缓解所有模型集于一台主机上带来的计算压力大、解算慢等问题,提高系统的仿真计算能力和速度;
3.异构化:采用分布式框架,能够实现异构平台的联合仿真;
4.一体化:提供了模型封装、模型库管理、系统可视化建模,到仿真运行、数据分析的一体化仿真平台。

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