2.7.2.1　仿真计算机技术

半实物仿真开发的初期阶段，需要快速地建立控制对象原型及控制器模型，并对整个控制系统进行多次离线的及在线的试验来验证控制系统软硬件方案的可行性，这个过程称为快速控制（RCP）。仿真计算机技术为半实物仿真和RCP 的应用提供了一个协调统一的一体化解决途径。以下介绍几种常用的半实物仿真平台。

1.dSPACE 半实物仿真平台

dSPACE 实时仿真系统是由德国dSPACE 公司开发的一套基于Matlab/Simulink 的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和Matlab/Simulink 的无缝连接。

dSPACE 实时仿真系统具有许多优点：一是组合性强。使用标准组件系统，可以对系统进行多种组合。二是过渡性好，易于掌握使用。与Matlab/Simulink无缝连接，方便地从非实时分析设计过渡到实时分析设计。三是快速性好。用户可以在几分钟内完成模型/参数的修改、代码的生成及下载等工作，大大节省了时间和费用。四是实时性好。一旦代码下载到实时系统，将独立运行，不会导致试验过程的中断。五是可靠性高。dSPACE 系统软硬件均为精心设计、制造和调试的，无兼容性问题，可以信赖。六是灵活性强。允许用户在单板/多板系统、单处理器/多处理器系统、自动生成代码/手工编制代码进行选择，适应各方面的应用需求。七是基于PC 的Windows 操作系统，其代码生成及下载软件、试验工具软件都基于Windows 操作系统，硬件接口采用标准总线，方便掌握使用。

2.RT-LAB 半实物仿真平台

RT- LAB 实时仿真器是加拿大Opal- RT Technologies 公司推出的基于模型的工程设计与测试应用平台。应用此仿真器，工程师可以在一个平台上实现工程项目的设计、实时仿真、快速原型与硬件在回路测试的全套解决方案。

RT- LAB 的主要特性是分布式运算。将复杂的模型分布到若干处理器上并行运算是RT- LAB 的独创，通常可以用普通的COTS 硬件作为模型运行的载体目标机，这样做除了扩展运算能力外，还意味着用户可以在较短的时间内灵活地组建符合自己需要的实时仿真平台，并能结合项目的需要扩展。

3.xPC 半实物仿真平台

xPC 目标采用宿主机- 目标机的技术途径，其中宿主机运行Matlab/Simulink，用Simulink 模块图来创建模型，进行非实时仿真，用RTW 代码生成器和C 编译器来生成可执行代码；目标机执行所生成的代码，通过以太网或串口连接实现宿主机和目标机之间的通信。xPC 目标工作模式具有如下特点：一是两机可通过RS-232 或TCP/IP 协议进行通信，也可通过局域网、Internet 进行连接。二是支持任何台式PC、PC/104、CompactPCI、工业PC 或SBC（单板机）作为实时目标系统。三是依靠处理器的高性能水平，采样率可达到100kHz。四是扩展了I/O 驱动设备库，现已支持超过150 种标准I/O 板。五是可以接收来自主机或目标机的信号，也可以动态调整参数。六是在宿主机和目标机上都可进行交互式的数据可视化和信号跟踪。七是使用xPC Target Embedded Option能针对独立操作进行系统配置。

4.NI 半实物仿真平台

NI 半实物仿真平台系统构架主要包括Compact RIO 实时控制器（内置嵌入式处理器）、可重配置FPGA 及模块化I/O。Compact RIO 的RIO（FPGA）核心内置数据传输机制，负责把数据传到嵌入式处理器以进行实时分析、数据处理、数据记录或与联网主机通信。利用Lab VIEWFPGA 基本的I/O 功能，用户可以直接访问Compact RIO 硬件的每个I/O 模块的输入/输出电路。所有I/O 模块都包含内置的接口、信号调理、转换电路（如ADC 或DAC），以及可选配的隔离屏蔽。这种设计使得低成本的构架具有开放性，用户可以访问到底层的硬件资源。

四种半实物仿真平台都是成熟的分布式、可以用于实时仿真和半实物仿真的平台；都是基于PC 的Windows 操作系统，具有高度的集成性和高度模块化；用户可以根据需要，在运算速度不同的多处理器之间进行选择，选用不同的I/O 配置，以组成不同的应用系统。相对来说，RT- LAB 和xPC 侧重于工程设计与测试方面，而dSPACE 和NI 更侧重于控制系统开发及测试方面。

2.7.2.2　半实物仿真通信网络与接口技术

半实物仿真实时通信网络作为半实物仿真系统中的重要组成部分，其主要功能是按照系统组成、接口和数据交互要求，实现各参试设备及受试件之间的数据通信和资源共享。其关键技术包括实时通信网络技术、系统时钟同步技术。

1.实时通信网络技术

实时通信网络一般包括以下几类网络：实时仿真控制网络、受试件接口网络、试验与数据管理网络等。

（1）实时仿真控制网络。

实时仿真控制网络用于计算机集群系统中仿真节点设备的连通，实现仿真过程数据的实时传递和系统控制，是半实物仿真网络中的核心。适用于集群系统通信的实时仿真控制网络可采用内存映射技术和基于CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共对象请求代理体系结构）的实时网络技术。

内存映射技术特点是实时性强、使用方便、可靠性高，通常两通信节点数据传输时间延迟可达到纳秒级，比通用局域网快两个数量级。目前基于内存映射技术实现强实时性通信的网络产品主要有美国的GE 公司的VMIC 和Systran公司的SCRAMNet 实时网。

基于CORBA 的实时网络技术是利用CORBA 中间件构建满足系统软硬件协同工作能力的通信网络技术。CORBA 的特点是能实现集群计算机或服务器高速度、高稳定性地处理大量用户的访问，且支持分布环境异构的系统，如硬件平台异构性：IBM 主机、UNIX 主机、PC 主机等；操作系统异构性：UNIX、Microsoft Windows、IBMOS 等；开发语言异构性：C、C++、Java 等；网络平台异构性：以太网、TCP/IP、ATM、IPX/SPX 等。

（2）受试件接口网络。

受试件接口网络主要是以受试产品为中心，为其提供所有的外部接口和转换设备，实现受试产品与半实物仿真网络的连接和通信，该接口网络的关键技术在于接口转换及其抗干扰设计。半实物仿真系统接口转换技术解决各仿真设备和受试系统间的信息互联、协同工作问题。半实物仿真系统中各仿真设备、受试件的接口种类繁多、通信方式各不相同、通信距离和信号链路环境各异。按照仿真系统中传递信号和接口特性，接口类型分为模拟信号接口、数字信号接口。模拟信号接口：受试产品专用供电信号、连接模拟量信号、离散模拟量信号等；数字信号接口：串行数字接口、并行数字接口、实时仿真专用网络通信接口、辅助网络通信接口等。半实物仿真系统接口转换和信号传递需考虑实时性、准确性、抗干扰性、可靠性。(www.daowen.com)

（3）试验与数据管理网络。

试验与数据管理网络主要是用于仿真系统中对实时性要求不高的仿真控制和过程数据的传递，完成仿真试验任务管理、初始参数设定、数据分析与显示、大数据量传递等半实物仿真试验辅助任务。试验与数据管理网络一般采用基于DDS中间件的以太网技术。基于DDS 中间件的试验与数据管理网络具有以下优势：高可靠性，不丢包；高可用性，各个仿真节点相对独立，互不影响；可扩展性，使用通用OMG（对象管理组织）标准，方便与第三方应用通信。

2.系统时钟同步技术

半实物仿真实时通信网络需要解决的关键技术是时间相似问题、仿真系统各异构节点的时钟同步问题。各仿真设备的异构性会造成系统时间的不一致，具体表现为仿真系统外联时间的时间歧义。为解决系统时钟同步问题，实时通信网络可采用基于以太网的IEEE1588 协议和IRIG- B 协议的硬件或软件，将网络设备的内时钟和主控机的主时钟实现同步，时钟同步进度可达到1ms。IEEE1588 协议的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，是通用的提升网络系统定时同步能力的规范。

2.7.2.3　半实物仿真试验技术

在装甲车辆系统的研制过程中，数学仿真和半实物仿真试验起着非常重要的作用，几乎伴随着装甲车辆系统研制的全过程。半实物仿真试验主要包括试验目的和要求、试验系统及试验方案设计、试验过程控制、故障处理、仿真结果评定与分析几个阶段的内容。

1.试验目的和要求

试验目的一般包括系统方案及性能验证、部件技术性能检验、系统性能评估等。试验要求包括试验系统要求、试验内容要求、试验方法要求、参试对象要求等。

2.试验设计及试验方案

A.试验系统方案设计：实现对系统组成、重要仿真设备的实现方案、仿真系统的组成方式、实时网络方案的设计。

B.仿真试验设计：安排哪些试验项目、选取什么试验条件、按照什么试验流程、收集哪些数据等问题。

C.试验大纲制定：以研制计划和研制任务书为输入，明确半实物仿真试验的目的和试验内容，试验设备的性能指标、参试部件及仿真结果数据的处理方法，明确试验方法、试验步骤，以及要采集、记录的试验数据，给出数据处理、分析方法等。

D.试验方案制定：设计试验系统、内容、方法和步骤等详细内容。

3.试验流程

试验流程是试验方法和步骤的具体实现，一般包括部件的动态测试、分系统半实物仿真、全系统半实物仿真过程。

4.试验过程控制

半实物仿真试验的进程一般可分为以下三个阶段。①初始化阶段：各参试部件及各试验设备的状态检测、启动及初始状态设置。②仿真运行阶段：按原系统的工作时序及预定的试验条件，由仿真机指导仿真系统进行模型解算和实时信号传递，进行仿真试验。仿真运行阶段的要求仿真过程尽量模拟原系统的实际工作过程。③结束阶段：各参试部件及各试验设备状态保持仿真结束状态，并按照设计要求进行系统复原。

5.故障处理

进行故障现象与故障原因分析，提出故障避免、故障处理方法及避免故障的系统设计。

6.仿真结果评定与分析

进行仿真结果与原系统试验结果一致性的评定，对仿真结果进行分析。