飛行模擬機(jī)實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)的研究.pdf

1、飛行模擬機(jī)是一種能夠逼真模擬真實(shí)飛機(jī)在地面和空中運(yùn)動(dòng)的航空試驗(yàn)設(shè)備，它是系統(tǒng)仿真技術(shù)的典型應(yīng)用。飛行模擬機(jī)以經(jīng)濟(jì)、安全、高效和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在新機(jī)研制、飛行理論研究、飛行控制研究和飛行訓(xùn)練等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。隨著我國航空事業(yè)的快速發(fā)展和近期大飛機(jī)研制計(jì)劃的啟動(dòng)，圍繞飛行模擬機(jī)關(guān)鍵技術(shù)開展研究，不僅有助于加速和完善大飛機(jī)的研制進(jìn)程，而且對于縮短我國同國外同行在飛行仿真研究領(lǐng)域的差距，培養(yǎng)獨(dú)立的飛行模擬機(jī)研發(fā)隊(duì)伍，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高逼真

2、度飛行模擬機(jī)，真正地實(shí)現(xiàn)我國從民航大國向民航強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變具有重要意義。
　　作為飛行模擬機(jī)的調(diào)度控制中心，實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)(Real-Time simulation Management System, RTMS)通過實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制和實(shí)時(shí)通信技術(shù)，控制和管理各分系統(tǒng)仿真軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行和數(shù)據(jù)交互，使它們能夠最大程度地發(fā)揮出預(yù)定的功能和性能，產(chǎn)生出協(xié)調(diào)一致的仿真運(yùn)算結(jié)果。它對飛行仿真結(jié)果的正確性產(chǎn)生重要影響，是飛行模擬機(jī)研制中的關(guān)鍵技術(shù)之

3、一。本文通過對飛行模擬機(jī)軟件構(gòu)架、實(shí)時(shí)調(diào)度理論、實(shí)時(shí)通信技術(shù)和飛行仿真軟件集成等技術(shù)的深入研究，研制出了一套高效、靈活的實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)。
　　通過對飛行模擬機(jī)軟件功能的需求分析，即應(yīng)滿足進(jìn)行飛行訓(xùn)練、環(huán)境模擬和故障模擬的基本要求，給出了飛行模擬機(jī)實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)的功能需求和系統(tǒng)組成。運(yùn)用質(zhì)量屬性分析的觀點(diǎn)對飛行模擬機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了質(zhì)量屬性需求分析，基于模型-視圖-控制器（Model-View-Controller，MVC）設(shè)計(jì)模

4、式設(shè)計(jì)出了具有良好平臺獨(dú)立性、可移植性和可擴(kuò)展性飛行模擬機(jī)軟件構(gòu)架，并對實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)的軟件構(gòu)架元素進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　在軟件構(gòu)架基礎(chǔ)上，根據(jù)飛行仿真任務(wù)具有周期性任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)和后臺任務(wù)并存，仿真任務(wù)間存在較強(qiáng)順序相關(guān)性的特點(diǎn)，為飛行模擬機(jī)設(shè)計(jì)出了一種改進(jìn)型層次式的仿真任務(wù)調(diào)度結(jié)構(gòu)。在對實(shí)時(shí)調(diào)度算法深入分析的基礎(chǔ)上，為周期性任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)和后臺任務(wù)建立起了一種具有二叉樹結(jié)構(gòu)的循環(huán)調(diào)度算法；在對最早時(shí)限優(yōu)先（Earliest

5、Deadline First, EDF）和后臺調(diào)度算法深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于優(yōu)先級和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的混合任務(wù)集調(diào)度算法。這不僅能夠高效地完成對飛行模擬機(jī)復(fù)雜任務(wù)集的實(shí)時(shí)調(diào)度，而且能夠方便靈活地對復(fù)雜任務(wù)集進(jìn)行修改與擴(kuò)充。
　　數(shù)據(jù)交互在飛行模擬機(jī)中占有重要的地位，以對飛行模擬機(jī)公共數(shù)據(jù)區(qū)與參數(shù)分布服務(wù)的研究為中心，重點(diǎn)對參數(shù)分布技術(shù)，公共數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)共享的完整性和一致性問題進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。通過對參數(shù)分布技術(shù)的研究，基于發(fā)布/

6、訂購概念，提出了仿真計(jì)算節(jié)點(diǎn)間參數(shù)共享的方法。給出了最小參數(shù)發(fā)布區(qū)原理，并利用該原理設(shè)計(jì)了共享參數(shù)訂購區(qū)和發(fā)布區(qū)的構(gòu)造算法。采用自底向上的方法依次在仿真模型、仿真子系統(tǒng)和仿真計(jì)算節(jié)點(diǎn)三個(gè)層次上對共享參數(shù)的訪問進(jìn)行了完整性控制，滿足了公共數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)共享的完整性要求。設(shè)計(jì)了具有雙緩沖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)共享方法，滿足了仿真子系統(tǒng)對共享參數(shù)輸入的一致性要求。隨后運(yùn)用通信類工廠機(jī)制設(shè)計(jì)了配置靈活的數(shù)據(jù)通訊模塊，以滿足分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信要求。這些方法

7、的應(yīng)用有效保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性要求，提高了分布式飛行仿真網(wǎng)絡(luò)的通信效率。
　　為了驗(yàn)證實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)的有效性和靈活性，縮短軟件系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，基于商用貨架產(chǎn)品COTS（Commercial Off-The-Shelf）進(jìn)行了飛行模擬機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)。組建了基于以太網(wǎng)、IEEE1394火線和CAN總線技術(shù)的混合實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分布式仿真平臺。采用COTS軟件完成了飛行模擬機(jī)仿真軟件的開發(fā)，并在該平臺上進(jìn)行了仿