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1、 分类号 TP391.9 学号 09032141 U D C 密级 公 开 工学硕士学位论文 基于基于 Simulink RTW 的分布式实时仿真的分布式实时仿真 关键技术研究关键技术研究 硕士生姓名 石仁星 学 科 专 业 控制科学与工程 研 究 方 向 系统仿真 指 导 教 师 姚新宇 副教授 国防科学技术大学研究生院国防科学技术大学研究生院 二一一年十一月二一一年十一月 Key Technical Research of Distributed Real-Time Simulation Based on Simulink RTW Candidate：Shi Renxing Advisor
2、：Yao Xinyu A dissertation Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering in Control Science and Engineering Graduate School of National University of Defense Technology Changsha，Hunan，P.R.China November，2011 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 I 页 目目 录录 摘 要 . i ABSTRAC
3、T iii 第一章 绪论 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 论文研究的主要内容和技术难点 . 4 1.4 论文的组织与编排 . 4 第二章 系统的总体结构设计 . 6 2.1 分布式实时仿真系统的组成 . 6 2.1.1 系统总体结构 6 2.1.2 前端机控制程序的分析与设计 8 2.1.3 目标机端程序的分析与设计 9 2.2 分布式实时仿真系统的通信 . 10 2.2.1 传统数据通信方式 11 2.2.2 反射内存网通信方式 11 2.2.3 反射内存的应用研究 12 2.3 本章小结 . 14 第三章 控制前端程序的设计与实现 15 3.1 配置文
4、件的设计 . 15 3.1.1 配置文件的结构设计 16 3.1.2 参数名称的获取 17 3.1.3 除参数名称外其他信息的获取 17 3.1.4 信号关联的获取 19 3.1.5 配置文件的生成 19 3.2 配置文件的读取及可视化 . 19 3.2.1 配置文件的选取 19 3.2.2 配置文件信息的读取及可视化 20 3.3 配置文件的导出 . 22 3.3.1 配置信息的修改 22 3.3.2 前端视图信息的读取 24 3.3.3 配置文件的输出 25 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 II 页 3.4 配置信息从前端到目标的加载 . 26 3.5 前端对目标运行状态的控制方
5、法 . 28 3.6 控制前端的具体实现 . 28 3.7 本章小结 . 29 第四章 目标程序的设计与实现 . 30 4.1 目标模型的构建 . 30 4.1.1 CMex S Function 模块的构建 30 4.1.2 模型类的封装 35 4.1.3 目标模型信息的获取 40 4.2 目标程序的运行流程 . 47 4.3 目标程序信息的获取 . 48 4.3.1 RT_MODEL *S 的结构分析 48 4.3.2 目标程序相关信息的获取 52 4.4 目标程序信息和配置信息的配对 . 54 4.5 配置信息的加载 . 55 4.6 目标程序运行状态的控制 . 55 4.7 目标程序仿
6、真结果的输出 . 56 4.8 目标程序的具体实现 . 56 4.9 本章小结 . 57 第五章 系统的测试与验证 58 5.1 测试用系统模型的构建 . 58 5.2 控制前端独立功能的测试与验证 . 58 5.2.1 配置文件的自动生成测试 59 5.2.2 配置文件的视图生成测试 59 5.2.3 视图中配置信息的修改测试 60 5.3 系统整体功能的测试与验证 . 60 5.3.1 前端对目标运行状态的控制测试 60 5.3.2 配置和目标的匹配测试 61 5.3.3 前端对目标参数的控制测试 62 5.3.4 前端对信号关联的控制测试 63 5.4 本章小结 . 64 第六章 结束语
7、 65 6.1 论文工作总结 . 65 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 III 页 6.2 研究工作展望 . 66 致 谢 67 参考文献表 . 69 作者在学期间取得的学术成果 . 71 附录 A 配置文件 1 73 附录 B 配置文件 2 74 附录 C 自定义宏文件 75 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 IV 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 V 页 表 目 录 表 3.1 配置文件信息及相应变量 16 表 4.1 函数对应关系 42 表 4.2 目标相关信息及相应变量 48 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 VI 页 国防科学技术大学研究生院硕士
8、学位论文 第 VII 页 图 目 录 图 2.1 网络关系连接图 7 图 2.2 分布式实时仿真系统组成结构图 8 图 2.3 前端对目标端的控制设计 9 图 2.4 目标程序运行流程 10 图 3.1 控制前端的控制方式 15 图 3.2 配置文件的选取 20 图 3.3 配置文件信息的可视化 22 图 3.4 配置信息的修改 23 图 3.5 输出路径的选择 25 图 3.6 控制前端的实现 29 图 4.1 S 函数模块参数的设定 . 31 图 4.2 S 函数模块参数界面 . 31 图 4.3 S 函数模块参数值的设定 . 32 图 4.4 系统模型 36 图 4.5 选项卡的设置 3
9、6 图 4.6 模块的划分 37 图 4.7 子系统的生成 38 图 4.8 模型 Style 的内部结构 38 图 4.9 模型 Style 的参数设置 38 图 4.10 S1、S2 的内部结构 . 38 图 4.11 参数的临时值 39 图 4.12 RTW S Function 的参数设置 39 图 4.13 RTW S Function 的生成 40 图 4.14 RTW 文件结构示意 43 图 4.15 系统模型的结构 44 图 4.16 子系统信息块的关系 45 图 4.17 修改后的目标运行流程 47 图 4.18 信号的传递过程 55 图 5.1 测试用系统模型的构建 58
10、图 5.2 配置文件的自动生成测试 59 图 5.3 配置文件的视图生成测试 59 图 5.4 视图中配置信息的修改测试 60 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 VIII 页 图 5.5 目标程序等待开始仿真命令 61 图 5.6 前端按钮的变换 61 图 5.7 配置和目标的匹配测试 62 图 5.8 out1 out10 out6 的输出信号 62 图 5.9 out6 信号 63 图 5.10 out10 信号 63 图 5.11 前端对信号关联的控制 63 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 i 页 摘 要 随着高技术武器装备的迅猛发展，武器系统模型也由传统单一系统模型发
11、展 到现如今的由 MATLAB、C、JMASS 等多种环境建模的大型复杂系统模型。伴随 着这种发展变化，传统的双机仿真已经无法满足大型复杂系统仿真的要求。为解 决这一矛盾，通过降解大型系统为若干分系统，然后将分系统布置在不同节点计 算机仿真运行的多机实时仿真方式分布式实时仿真得以建立发展起来。分布 式实时仿真可以更加精确地完成更加复杂系统的仿真，扩大了仿真系统的规模， 提高了仿真开发的效率，为此本课题将对其进行深入研究。又由于 Simulink 具有 适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，因此 本课题主要以 MATLAB 环境下建立的模型为例，对基于 Simulin
12、k RTW 的分布式 实时仿真系统进行研究、设计和实现。为此，本课题主要做了如下几方面的工作： 1. 分布式实时仿真系统的总体结构设计 根据课题背景及需求，对分布式实时仿真进行了初步研究，设计了该系统的 总体构架，并在此构架下对前端机程序和目标机程序进行了初步的功能模块设计。 而后选定反射内存网作为系统内部的通信方式，并对其进行了数据结构设计以便 后续使用。 2. 控制前端程序的设计与实现 根据前面对控制前端程序的初步设计，对其功能及实现方式进行了具体分析。 由于控制前端整体功能的实现有赖于配置信息在系统不同节点间的流通，因此在 对程序进行具体设计之前首先进行了配置信息的研究工作。在解决该问题
13、之后， 围绕配置信息的流通，依据控制前端的总体功能模块设计，对控制前端程序完成 了实现。 3. 目标程序的具体设计与实现 根据业已实现的控制前端的要求，我们对目标模型进行了重新构建，而后根 据系统的总体要求，对目标的运行流程进行了改进，对目标程序的各个功能模块 进行了细致的设计实现。经过细致而深入的工作，完成了目标程序的构建。 4. 系统验证和测试 在完成分布式实时仿真系统的实现之后，根据最初对系统的总体设计要求， 对其各种功能进行了测试与验证，测试结果良好。 关键词：分布式实时仿真 Simulink 控制前端 目标程序 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 ii 页 国防科学技术大学研究
14、生院硕士学位论文 第 iii 页 ABSTRACT With the rapid development of high-tech weapons, their system models have run from simple and single models to complex and large models built in MATLAB、C、 JAMSS modeling environments and so on. Along with the development and change, traditional dual simulation system cannot
15、 meet the demand of complex and large system simulation. To settle the problem, a way has been found and developed that it can resolve the large system to smaller ones and run them on different computers in time. That is distributed real-time simulation. It can simulate more complex system more accu
16、rately and also expands the simulation and improves the efficiency of it. Because of that, well study it deeply. Also, because Simulink has wide adaptability, structure and flow clear and simulation fine, close to reality, high efficiency, flexible and other advantages, in this research, we will study and design distributed real-time simulation and realize the simulation system based on Simulink RTW, using the model built in MA
