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基于属性预报的HLA半实物仿真方法研究

基于属性预报的HLA半实物仿真方法研究
   半实物仿真的一个显著特点是硬件在回路(Hardware-In-The-Loop)。在对系统进行仿真时,若有实物介入整个仿真系统,必须要求仿真时间标尺与实际系统时间标尺相同,这种仿真称为实时仿真。

   HLA力图解决建模与仿真(Modeling and Simulation,M&S)领域存在的互操作和重用问题,并按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统。为了保证仿真系统的协调运作、维护虚拟 世界中正常的因果逻辑顺序,HLA需要对联邦进行严格的时间管理。但HLA复杂的时间管理算法却不利于实时仿真,给半实物仿真造成了一定的困难。
  
    2 HLA实时性分析
    联邦成员进行一次仿真时间推进的耗时Tadvc一般主要由3部分组成。(1)、帧计算时间Treck,指成员在一个仿真步长中所有计算的耗时, 包括模型计算和交互响应等;(2)、帧信息获取时间Tinfo,指成员在时间推进的过程中通过tick()函数获得时戳事件(属性值更新和交互发送)的耗 时;(3)、帧同步时间Tsync,指成员在调用timeAdvanceRequest()服务提出时间推进请求后,等待成员大使回调 timeAdvanceGrant()的耗时。故Tadvc=Treck+Tinfo+Tsync。假设成员每次时间推进的仿真步长Tstep为仿真模型 的积分步长,若要实现实时仿真,则应有Tadvc=Tstep。HLA实时仿真能力的不足体现在以下两个方面。
  
     (1)Tadvc不易同Tstep保持一致首先,每个仿真步长内计算量的不同造成了Treck的不定;其次,在复杂的网络数据环境下,随机的网 络传输延时造成了无参数tick()函数的执行时间即Tinfo的不定;最后,随着在仿真的运行过程中联邦成员数量的改变,成员LBTS算法的计算量将发 生变化,这造成了Tsync的不定。因此,Tadvc是不定且难以预测的,使其不易同Tstep保持一致。
  (2)一次时间推进的耗时过长为了实现联邦中各个成员之间的严格同步,确保仿真世界中因果逻辑的正确性,需要将每个成员设置为既时间控制又时间 约束,这将使整个联邦的推进速度取决于计算负荷最大的成员。另外,联邦中还存在可观的网络传输延迟,以及繁琐的成员间同步过程。因此,每个成员进行一次时 间推进的耗时过长,仿真效率(单位时间内时间推进的次数)过低。
 
    3基于插值预报的半实物仿真方法
    3.1半实物仿真的根本要求
  将半实物仿真系统分为数字部分(计算机)和实物部分(硬件),与实物部分相关的数据按流向可分为输入和输出两种,对数字部分的实时性和仿真效率要求较高的是实物部分的输入数据。
  实物部分典型的输入数据是来自数字部分的控制信号。首先,由于实物存在于自然时空中,所以控制信号必须是实时的;另外,实物的状态大多是连续变 化的(如伺服系统),需要将来自数字部分的数字信号转化为模拟信号,数据输出频率foutput越小、跳变越大则数模(D/A)转换失真就越大。所以半实 物仿真的根本要求有2点:
  (1)、仿真系统数字部分是实时的;  
     (2)、仿真系统数字部分的数据输出频率要足够大。
  3.2 HLA联邦的实时化
  对于Tadvc不定且难以预测、不易同Tstep保持一致的问题,可以通过在每个成员的仿真步长内加入等待时间的方法来解决。如图1所示,每个 仿真步长之间Tadvc的差异通过Twait进行补偿,经补偿后的时间推进耗时T’advc=Tadvc+Twait将成为定值。Twait要有足够的冗 余量,以克服Tadvc正常的随机起伏变化。
 
基于属性预报的HLA半实物仿真方法研究
 
 在固定了成员一次时间推进的耗时之后,按照实时仿真的要求,令Tstep=T’advc(仿真时间和自然时间保持一致),即可使HLA联邦的运行达到实时要求。
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