基于HLA船舶仿真系统设计和时间管理技术研究

摘要

高层体系结构HLA（High Level Architecture）是美国国防部DMSO为了改善仿真应用间的互操作性和可重用性而提出的新型体系结构，它为各种类型的仿真应用提供了一个通用的集成框架，其中时间管理服务是保证分布式仿真的逻辑正确性，提高仿真系统效率的关键，在很大程度上决定了系统性能的优劣。
　　 论文首先介绍了当前分布交互仿真技术的发展状况，概述了HLA/RTI的定义及组成。在时间管理技术方面，通过对时间前瞻量、GALT算法和时间同步问题的分析，结合船舶仿真系统的开发对时间前瞻量在具体的实时仿真系统的设置问题进行了阐述，并应用于本联邦仿真系统中，同时，分析了GALT算法中的GALT值和OPT值的计算方法，讨论了几种解决仿真系统的时间同步问题的方法。
　　 论文将船舶系统划分为航海部门、船舶运动模型、轮机系统和控制系统四个部分，进而建立了船舶四自由度运动数学模型、汽轮机数学模型、并设计了基于PID控制方法的控制系统数学模型。按照开发联邦仿真系统的步骤，讨论了系统中各个联邦成员的设计和开发过程，设计了负责总体控制的导演台，并针对其中涉及的难点，结合对时间管理技术的研究，对仿真系统中时间管理策略的实现、逻辑时间的推进等进行了较为详细的阐述。将四个联邦仿真单元和仿真导演台、运行支撑框架RTI架设在不同网络节点的计算机上，应用面向对象的程序设计方法，搭建仿真导演台，并开发了HLA联邦成员软件框架程序，实现了基于HLA的船舶系统分布式仿真。联邦集成完成后，在pRTI1516软件平台上进行了联邦仿真验证，分别进行了船舶航向控制和船舶航速控制的仿真实验，并且分析了试验结果。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 分布交互仿真的发展状况

1.3 时间管理技术的研究现状

1.4 论文的主要工作

第2章 HLA仿真体系结构

2.1 引言

2.2 HLA概述

2.2.1 HLA基本概念

2.2.2 HLA的层次结构

2.2.3 HLA规范的组成

2.3 HLA的接口规范

2.3.1 联邦管理

2.3.2 声明管理

2.3.3 对象管理

2.3.4 时间管理

2.3.5 所有权管理

2.3.6 数据分发管理

2.4 对象模型模板

2.5 HLA的规则

2.6 本章小结

第3章 船舶仿真系统各联邦成员数学模型

3.1 引言

3.2 船舶运动模型联邦成员数学模型

3.2.1 船舶运动坐标系

3.2.2 船舶运动数学模型

3.2.3 粘性流体动力及力矩的计算

3.2.4 螺旋桨推力及力矩计算

3.2.5 舵力及力矩计算

3.3 轮机系统联邦成员数学模型

3.3.1 船舶汽轮机动力装置的特点

3.3.2 汽轮机系统的数学模型

3.4 控制系统联邦成员数学模型

3.4.1 传统PID控制器

3.4.2 航速控制方法研究

3.4.3 航向控制方法研究

3.5 本章小结

第4章 HLA时间管理技术研究

4.1 引言

4.2 时间前瞻量和GALT算法

4.2.1 时间前瞻量的提出

4.2.2 时间前瞻量的设置

4.2.3 GALT算法分析

4.3 时间同步技术

4.3.1 时间同步问题的提出

4.3.2 自然时钟同步方法

4.3.3 逻辑时间同步方法

4.3.4 同步点方法

4.4 本章小结

第5章 船舶仿真系统的实现与仿真结果

5.1 引言

5.2 联邦设计

5.3 FOM/SOM的设计

5.3.1 开发步骤

5.3.2 对象类设计

5.3.3 交互类设计

5.4 联邦执行过程

5.5 联邦成员的程序实现

5.5.1 联邦管理的实现

5.5.2 声明管理的实现

5.5.3 对象管理的实现

5.4.4 时间管理的实现

5.6 仿真导演台的设计

5.7 联邦的集成与运行

5.8 联邦仿真结果

5.9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢