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航天信息物理融合系统的分析与设计方法

陈明铝  
【摘要】:信息物理融合系统CPS是一个综合物理过程、计算过程以及控制过程的多维复杂系统,能实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有可靠、实时、高效等功能,具有重要而广泛的应用前景。月球车信息物理融合系统涉及到的领域非常广泛,有机械、电子、控制、通信、计算、力学、物理学等。在这么多个领域当中必然要使用统一的描述语言在多个层次上面进行抽象、分析、设计以及建模仿真。同时由于其涉及到了软硬件的各个方面,必然要使用两种工具分别对硬件、软件两方面进行建模分析,多领域建模语言Modelica和对嵌入式软件有强大描述能力的统一描述语言AADL就能共同完成对月球车信息物理融合系统的扩展、分析与建模。 文章的内容包括了对信息物理融合系统的离散性、连续性的分析,以及月球车车体结构、车体部件、系统功能的研究以及运动学方面的分析,确定了月球车信息物理融合系统是一个涉及到多领域、多层次、复杂大型的系统。接着在涉及到物理过程建模方面提出了物理建模的意义,并提出了物理建模方而的一些不足,其中最主要的是通用仿真工具难以适应不同物理系统的建模,由此引出了下一代多领域统一建模语言Modelica,它是一种多领域面向对象的建模,并研究了它是如何弥补物理建模方面的不足。紧接着就使用Modelica对月球车信息物理融合系统进行扩展与分析,主要的扩展包括了月球车的车架、车轮、悬臂以及机械手。在物理细节方面的分析完成之后,在软件建模方面是使用AADL对月球车信息物理融合系统进行了设计与建模,把整个系统拆分成测量系统、控制系统、执行系统三个分系统,并对每个分系统做出了合理的建模,给出每个分系统的建模细节以及具体使用到哪些构件。各个分系统之间的数据交换也提供了良好的接口。最后文章阐述了Modelica和AADL是如何相互配合来一起完成月球车信息物理融合系统的扩展与分析。


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