一种基于FMI的分布式联合仿真系统及其构建方法

摘要

本发明公开了一种基于FMI接口的分布式仿真系统及其构建方法，该系统由服务器、主控端软件、子计算终端、终端软件和仿真器构成，其中仿真器根据FMI接口逻辑利用各类异构平台导出的FMI联合仿真接口进行模型计算；主控端软件完成系统调度模型与子系统计算模型之间的变量连接关系配置；终端软件完成子系统网络配置。系统运行过程由服务器中的仿真器运行系统调度模型，并负责系统数据同步，子计算终端中的仿真器运行子系统模型。本发明将系统仿真划分为系统调度和子系统计算，降低了子系统之间的耦合，能够快速实现多个异构仿真平台之间的协同与联合仿真，同时能够充分利用计算资源，对于解决大规模仿真系统的构建过程复杂和计算效率低的问题效果显著。

说明书

技术领域

本发明属于系统仿真领域，具体涉及一种基于FMI的分布式联合仿真系统及其构建方法。

背景技术

在大规模多领域仿真系统的构建过程中，通常需要将多个平台构建的数学模型连接起来进行联合仿真。连接多个平台的主要方式是利用各平台提供的数据通讯接口，或者在各平台的仿真器基础上进行二次开发，由于各个平台提供的接口或仿真器品牌和规格各异，所以使得在构建仿真系统的过程中需要大量的平台间数据转换或接口适配开发。另外，由于各个平台的数据接口不统一，导致无法将数据通讯与仿真计算进行分离，无法实现在分布式仿真构建过程中统一部署，增加了单个子系统的耦合，进而增加了整个系统的复杂度。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于FMI的分布式联合仿真系统及其构建方法，能够快速实现多个异构仿真平台之间的协同与联合仿真，同时能够充分利用计算资源，对于解决大规模仿真系统的构建过程复杂和计算效率低的问题效果显著。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于FMI接口的分布式仿真系统，包括一个服务器和若干个与之连接的子计算终端，所述服务器内包含有逻辑调度模块、主仿真器和服务器控制模块组成，每个所述子计算终端内均包含有物理方程子系统、子仿真器和子计算控制模块；

所述物理方程子系统利用各类线性和非线性求解算法，根据方程系统的输入，对物理方程系统进行解算，产生解算结果；

所述逻辑调度模块用于定义各个所述物理方程子系统之间的逻辑关系，主要包括数据流向和数值计算，形成以代数方程表示的逻辑关系，便于分布式仿真过程中进行数据交换和同步控制；

所述主仿真器和所述子仿真器均包含仿真计算逻辑，分别利用由所述逻辑调度模块和所述物理方程子系统封装的FMI标准接口，控制并推进仿真计算过程；

所述子计算控制模块利用分布式计算框架中的数据传输通道，从所述服务器控制模块获取子系统仿真所需的输入，并提供子系统计算所得输出，建立输入和输出数据缓存，并实时与所述子仿真器进行数据同步；

所述服务器控制模块利用分布式计算框架中的数据传输通道，从每个所述子计算控制模块中获取所有子系统输出，并根据所述主仿真器计算结果，产生各子系统的仿真计算输入。

一种基于FMI接口的分布式仿真系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1）在子计算终端中部署子计算控制模块和子仿真器；

步骤2）在服务器中部署服务器控制模块和主仿真器；

步骤3）利用多领域统一建模工具，构建物理方程子系统，并将所述物理方程子系统封装为FMI接口；

步骤4）利用多领域统一建模工具，导入所有所述物理方程子系统的FMI接口，形成FMI接口模块，根据系统需求在各个所述FMI接口模块之间添加数据连接关系和简单的数值计算关系，构成所述服务器中的逻辑调度策略；

步骤5）将上一步构建好的所述逻辑调度策略封装为代数方程系统，形成逻辑调度模块；

步骤6）将所述代数方程系统封装为FMI接口，并发布至所述服务器；

步骤7）配置各个所述FMI接口模块的目标子系统；

步骤8）根据所述FMI接口模块的配置，将各个所述FMI接口模块发布到各个对应的所述子计算终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的系统由服务器、主控端软件、子计算终端、终端软件和仿真器构成，其中仿真器根据FMI接口逻辑利用各类异构平台导出的FMI联合仿真接口进行模型计算（包括主控端的逻辑模型）；主控端软件完成系统调度模型与子系统计算模型之间的变量连接关系配置；终端软件完成子系统网络配置。系统运行过程由服务器中的仿真器运行系统调度模型，并负责系统数据同步，子计算终端中的仿真器运行子系统模型。

本发明的系统能够快速实现多个异构仿真平台之间的协同与联合仿真，同时能够充分利用计算资源，对于解决大规模仿真系统的构建过程复杂和计算效率低的问题效果显著。本发明的构建方法将系统仿真划分为系统调度和子系统计算，降低了子系统之间的耦合，简化了大系统构建复杂度，增加了系统可扩展性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的仿真系统的结构框图。

图中标号说明：1、服务器；2、子计算终端；101、逻辑调度模块；102、主仿真器；103、服务器控制模；201、物理方程子系统；202、子仿真器；203、子计算控制模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种基于FMI接口的分布式仿真系统，包括一个服务器1和若干个与之连接的子计算终端2，所述服务器1内包含有逻辑调度模块101、主仿真器102和服务器控制模块103组成，每个所述子计算终端2内均包含有物理方程子系统201、子仿真器202和子计算控制模块203；

所述物理方程子系统201利用各类线性和非线性求解算法，根据方程系统的输入，对物理方程系统进行解算，产生解算结果；

所述逻辑调度模块101用于定义各个所述物理方程子系统201之间的逻辑关系，主要包括数据流向和数值计算，形成以代数方程表示的逻辑关系，便于分布式仿真过程中进行数据交换和同步控制；

所述主仿真器102和所述子仿真器202均包含仿真计算逻辑，分别利用由所述逻辑调度模块101和所述物理方程子系统201封装的FMI标准接口，控制并推进仿真计算过程；

所述子计算控制模块203利用分布式计算框架中的数据传输通道，从所述服务器控制模块103获取子系统仿真所需的输入，并提供子系统计算所得输出，建立输入和输出数据缓存，并实时与所述子仿真器202进行数据同步；

所述服务器控制模块103利用分布式计算框架中的数据传输通道，从每个所述子计算控制模块203中获取所有子系统输出，并根据所述主仿真器102计算结果，产生各子系统的仿真计算输入。

一种基于FMI接口的分布式仿真系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1）在子计算终端2中部署子计算控制模块203和子仿真器202；

步骤2）在服务器1中部署服务器控制模块103和主仿真器102；

步骤3）利用多领域统一建模工具，构建物理方程子系统201，并将所述物理方程子系统201封装为FMI接口；

步骤4）利用多领域统一建模工具，导入所有所述物理方程子系统201的FMI接口，形成FMI接口模块，根据系统需求在各个所述FMI接口模块之间添加数据连接关系和简单的数值计算关系，构成所述服务器1中的逻辑调度策略；

步骤5）将上一步构建好的所述逻辑调度策略封装为代数方程系统，形成逻辑调度模块101；

步骤6）将所述代数方程系统封装为FMI接口，并发布至所述服务器1；

步骤7）配置各个所述FMI接口模块的目标子系统；

步骤8）根据所述FMI接口模块的配置，将各个所述FMI接口模块发布到各个对应的所述子计算终端2。

采用以上方式构建的系统将系统仿真划分为系统调度和子系统计算，降低了子系统之间的耦合，简化了大系统构建复杂度，增加了系统可扩展性。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。