基于FMI仿真系統的參數注入技術研究

國一兵 玉少康

摘? 要：隨著對飛行器的研究以及開發水平的不斷提高，飛行器地面仿真系統的研究已成為必然。為了完善仿真飛行器的飛行過程及實驗，該文在分析立即注入和定時注入兩種技術的基礎上，在仿真過程中設計了參數注入功能，并應用在FMI聯合仿真系統中。利用Redis通信中間件實現控制參數注入過程，并在仿真系統進行測試與結果分析，成功驗證了參數注入技術的有效性與實用性。

關鍵詞：FMI仿真系統? 參數注入? Redis? FMU

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（c）-0023-03

Research on Parameter Injection Based on FMI Simulation System

GUO Yibing? YU Shaokang

（Shenyang Ligong University， Shenyang， Liaoning Province， 110159 China）

Abstract： With the continuous improvement of aircraft， the research of aircraft ground simulation system has become inevitable. In order to simulate the flight process of aircraft completely， the parameter injection function is designed and applied in FMI simulation system based on the analysis of the two techniques of immediate injection and timing injection. Using Redis communication middleware to realize the process of control parameter injection， the simulation system is tested and the results are analyzed， which successfully verifies the effectiveness and practicability of parameter injection technology.

Key Words： FMI Simulation System; Parameter injection; Redis; FMU

目前，許多仿真軟件可以利用FMI標準進行聯合仿真，但是在飛行器的飛行過程中，需要多次改變飛行器的飛行狀態，現有的仿真軟件無法滿足。該文通過設計仿真過程中的參數注入技術，并應用到FMI仿真系統中，使仿真系統更加逼近飛行器飛行過程[1-3]。

1? FMI仿真系統

FMI仿真系統由仿真調度子系統和仿真執行子系統組成。仿真執行過程通過部署在不同計算機上的仿真執行子系統及運行在其上的FMU模型共同完成，仿真執行子系統之間通過中間件Redis通信，仿真流程通過中間件通信同步，由仿真調度子系統協同控制。

仿真調度子系統主要進行資源管理、任務管理、實施仿真過程控制，提供仿真開始、暫停、繼續、停止與參數注入等功能;其中，仿真參數注入功能是根據仿真需求，注入模型參數并通過通信中間件Redis發送控制指令來控制仿真過程[4]。

2? 仿真參數注入功能的設計

為了使FMI仿真系統對飛行器的仿真逐漸逼近實際的飛行過程，在仿真過程中需要進行參數注入，模擬真實飛行狀態的改變，如改變衛星姿態和軌跡、調節太陽能帆板角度等。在該系統中，參數注入分為立即注入和定時注入兩種形式。其中立即注入指的是參數注入命令下達后立即在指定端口寫入注入值，而定時注入指的是當仿真運行到指定時刻后才進行參數注入。

仿真調度子系統利用Redis[5-6]向仿真執行子系統發送仿真數據，發送的數據包括仿真控制命令、仿真參數信息和模型連接總圖信息。具體的數據包封裝成Json格式如下。

2.1 仿真控制命令

{"command"： "UpdateSimParam"，"from"："controller"，"to"："all"};其中key字段依次為控制命令、發送方、接收方。

2.2 仿真參數

{"params"：{"taskid"： "ABCDEFG"，"simtime"：4.399}};其中key字段依次為參數、任務ID、仿真時間。

2.3 仿真模型連接總圖

{"SF_001"：{"mmrus"：{"phi2"：{"runtime"：-1，"holdstep"：100，"basevalue"："0.5"，"overvalue"："0""type"："double"}}}}，其中key字段依次為子圖ID、模型ID、參數名、注入時間（-1為立即注入）、運行周期、基礎值、疊加值、數據類型。

通過上述仿真協議，當仿真進行參數注入時，仿真調度子系統將參數注入控制命令"UpdateSimParam"通過Redis發送給仿真執行子系統，執行子系統調用參數注入算法將基礎值"basevalue"和疊加值"overvalue"改變，從而達到參數注入的效果。

3? 仿真與分析

為了驗證該文研究的參數注入技術在FMI仿真系統中的有效性，利用FMI仿真系統進行仿真，并對仿真結果進行分析判斷。

此次實驗案例中采用的FMU模型分別為Driver、Controller、Environment、Variant_actuator和Spacecraft。模型系統設計圖如圖2所示。仿真模型輸出端口為spacecraft模型的PitchRate和Alpath端口。參數注入窗口如圖3所示。

首先，啟動FMI仿真系統進行無參數注入的仿真，仿真結果分別如圖4、圖5所示。

再次啟動FMI仿真系統，然后打開參數注入窗口如圖3所示，設置參數進行參數注入，仿真結果如圖6、圖7所示。

對比兩次仿真結果，發現在進行參數注入時兩個端口立即發生輪變化，說明通過參數注入通過改變了飛行器模型的控制命令，進而改變了飛行器的運動速度和角度。參數注入持續了100個通信步長后，即1s，結束注入參數，各仿真模型經過系統自身調整，逐漸恢復了注入前的正常狀態。故可驗證該文設計的基于FMI仿真系統的參數注入技術的有效性和實用性。

4? 結語

該文首先闡述了FMI仿真系統的整體架構，并針對該仿真系統設計出參數注入功能，并通過Redis通信的方式控制參數注入技術的實現。最后利用仿真模型在FMI仿真系統上進行仿真測試，并對仿真結果進行對比分析，從而驗證參數注入技術在FMI仿真系統中的有效性和實用性。

參考文獻

[1] 王鴻亮，廉東本，徐久強.基于FMI的分布式聯合仿真技術研究[J].計算機仿真，2017（4）：256-261.

[2] 黃志勇.基FMI的無人機多源導航系統仿真技術研究[D].電子科技大學，2017.

[3] 陸冠華，郝明瑞，胡松，等.基于FMI的飛行器分系統多源異構模型一體化仿真[J].導航定位與授時， 2018（6）：99-104.

[4] 玉紹康，關世杰，蘇一博.基于Java環境下的Redis發布訂閱的設計與實現[J].科技創新導報，2019， 16（14）：3，5.

[5] 郎泓鈺，任永功.基于Redis內存數據庫的快速查找算法[J].計算機應用與軟件，2016（5）：40-43，52.

[6] 陳永恒，韓東奇.利用Redis進行數據通信的研究與測試[J].科技創新導報，2018，15（14）：173-174.