專利名稱：多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的基本方法之一。根據(jù)研究的目的，盡可能地排除外界的影響，突出主要因素并利用一些專門的儀器設(shè)備，而人為地變革、控制或模擬研究對(duì)象，使某一些事物或過(guò)程發(fā)生或再現(xiàn)，從而獲得事物的內(nèi)在規(guī)律。虛擬實(shí)驗(yàn)的目的在于取代或者部分取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，需要提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相同或者相近的結(jié)果。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)的核心問(wèn)題在于仿真結(jié)果的解算過(guò)程。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)的仿真求解方法有以下幾種(1)采用實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行后臺(tái)仿真計(jì)算，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將計(jì)算結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)中的虛擬實(shí)驗(yàn)可視化界面上。這種方法能夠達(dá)到遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)的目的，但是需要有實(shí)物樣機(jī)作為計(jì)算后臺(tái)的支持并且一臺(tái)樣機(jī)同一時(shí)間只能滿足一個(gè)用戶的實(shí)驗(yàn)需求，無(wú)法滿足大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的需要。(2)使用實(shí)時(shí)仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)后臺(tái)計(jì)算，如使用 LabView進(jìn)行測(cè)量和控制方面的仿真實(shí)驗(yàn)后臺(tái)計(jì)算，使用Proteus進(jìn)行電路仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)算等。但這些軟件都只能用在單個(gè)學(xué)科或相近的一兩個(gè)學(xué)科，而且求解的內(nèi)容僅限定在軟件已有的模型，很難進(jìn)行擴(kuò)展，因此無(wú)法成為一個(gè)通用的求解系統(tǒng)。( 自行運(yùn)用學(xué)科知識(shí)將虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景表達(dá)為數(shù)學(xué)模型，使用Matlab語(yǔ)言、C語(yǔ)言等計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序并進(jìn)行求解。這種方式要求實(shí)驗(yàn)人員精通編程語(yǔ)言并且花費(fèi)大量時(shí)間在程序設(shè)計(jì)與調(diào)試上。此外，這種方法通常只能獲取仿真實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果，用戶無(wú)法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行修改控制等交互操作。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Hao Shangfu, Wang Zhihui等2010年在《The Virtual Experiment Design of Arithmetic Unit Based on Object-Oriented Technology》(中文譯名基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)計(jì)算單元的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，發(fā)表于 “Multimedia and Information Technology (MMIT)，2010Second International Conference on”)中提出了一種交互式虛擬實(shí)驗(yàn)建模與解算方法，但是該技術(shù)要求實(shí)驗(yàn)人員使用C++語(yǔ)言自行對(duì)實(shí)驗(yàn)構(gòu)件進(jìn)行建模與調(diào)試并且大部分實(shí)驗(yàn)局限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。此外，Rui Yao等2010年在《Design of Inquiry Virtual Experiment Platform》(中文譯名探索型虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，發(fā)表于“2010The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System”)中提出一種創(chuàng)新型虛擬實(shí)驗(yàn)求解技術(shù)，但該技術(shù)只能根據(jù)指定條件一次性給出計(jì)算結(jié)果，無(wú)法在解算過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的修改。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)的仿真解算過(guò)程，能夠在同一系統(tǒng)中對(duì)計(jì)算機(jī)、機(jī)械、自動(dòng)控制、電工電子、物理等多個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真求解，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)并能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的過(guò)程控制、參數(shù)修改等交互操作，從而為交互式虛擬實(shí)驗(yàn)提供后臺(tái)支持。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括交互接口模塊、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊以及邏輯構(gòu)件管理模塊，其中交互接口模塊通過(guò) socket協(xié)議與虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)用戶進(jìn)行交互并根據(jù)用戶的操作指令將場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊的反饋數(shù)據(jù)消息返回給虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)，邏輯構(gòu)件管理模塊對(duì)內(nèi)置邏輯構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行讀取、寫入與維護(hù)操作，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊分別與邏輯構(gòu)件管理模塊相連，其中實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊接收用戶傳輸?shù)淖匀徽Z(yǔ)言場(chǎng)景文件并轉(zhuǎn)換成用邏輯語(yǔ)言表達(dá)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景模型，編譯求解模塊將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景編譯為實(shí)驗(yàn)仿真程序，實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊根據(jù)用戶的操作指令對(duì)實(shí)驗(yàn)仿真程序進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的控制。所述的交互接口模塊包括實(shí)時(shí)交互仿真單元和非實(shí)時(shí)仿真單元，其中實(shí)時(shí)交互仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并持續(xù)傳輸實(shí)時(shí)結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的socket端口向場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù)，包括XML格式的場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制命令、參數(shù)修改命令等并以XML格式數(shù)據(jù)流的形式實(shí)時(shí)返回實(shí)驗(yàn)獲取的仿真結(jié)果，用戶能夠控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行流程；非實(shí)時(shí)仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并一次性傳輸所有解算結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的socket端口向場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)系統(tǒng)一次性以XML格式數(shù)據(jù)流的形式返回所有用戶指定時(shí)間段的仿真結(jié)果，用戶無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)。所述的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊包括數(shù)據(jù)讀取單元、邏輯識(shí)別單元以及Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊實(shí)現(xiàn)了從用自然語(yǔ)言描述的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換，其中數(shù)據(jù)讀取單元讀取實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)，包括虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的構(gòu)件信息、屬性值以及連接關(guān)系等，用XML格式的文件表示；邏輯識(shí)別單元將數(shù)據(jù)讀取單元中獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)其內(nèi)在邏輯識(shí)別為多個(gè)構(gòu)件的組合及其聯(lián)接關(guān)系；Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元讀取邏輯識(shí)別單元得到的結(jié)果并用Modelica仿真語(yǔ)言表達(dá)得到場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型。所述的編譯求解模塊包括模型平坦化單元、編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元以及可執(zhí)行程序編譯單元，該模塊在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊生成的場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，生成可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的求解執(zhí)行程序。其中模型平坦化單元場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行平坦化處理生成具有完整編譯求解信息的MO文件，編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元使用開源Modelica語(yǔ)言編譯器openModelica 將MO文件轉(zhuǎn)換為用C++語(yǔ)言表達(dá)的中間文件；可執(zhí)行程序編譯單元采用內(nèi)置的具有過(guò)程控制庫(kù)的GCC編譯器進(jìn)行編譯并鏈接生成實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解算可執(zhí)行程序。所述的實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊包括命令解析單元、仿真過(guò)程控制單元以及仿真結(jié)果接收單元，該模塊的調(diào)用編譯求解模塊生成的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解算程序，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仿真和控制。其中命令解析單元將交互接口模塊中得到的用戶命令轉(zhuǎn)換成機(jī)器能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)指令；仿真過(guò)程控制單元通過(guò)socket接口與場(chǎng)景解算程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行包括暫停運(yùn)行、繼續(xù)運(yùn)行、停止運(yùn)行、跳轉(zhuǎn)仿真時(shí)間、修改仿真參數(shù)、過(guò)濾返回?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的仿真并對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行控制，仿真結(jié)果接收單元接收可執(zhí)行程序返回?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)操作指令進(jìn)行過(guò)濾并以XML格式的數(shù)據(jù)流形式返回實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果。
所述的邏輯構(gòu)件管理模塊包括邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元以及邏輯構(gòu)件管理單元，其中 邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元內(nèi)置由若干不同學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)邏輯構(gòu)件組成的邏輯構(gòu)件庫(kù)，邏輯構(gòu)件管理單元對(duì)邏輯構(gòu)件庫(kù)輸出訪問(wèn)、添加、刪除以及修改操作指令，并接受XML文件。所述的邏輯構(gòu)件采用自然語(yǔ)言描述，包括實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的名稱、構(gòu)件類型、學(xué)科信息、 接口列表、屬性列表信息，該邏輯構(gòu)件以XML格式文件的形式儲(chǔ)存在邏輯構(gòu)件庫(kù)中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)使用通用仿真建模語(yǔ)言Modelica對(duì)各個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件進(jìn)行邏輯層面上的建模，使本系統(tǒng)能夠應(yīng)用于跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)解算過(guò)程中； 用戶能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中交互地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程的控制以及參數(shù)的修改；完全通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程的仿真計(jì)算，無(wú)需實(shí)物實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的參與。本發(fā)明能夠?yàn)榭鐚W(xué)科的實(shí)驗(yàn)提供仿真計(jì)算能力并提供用戶控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的能力并縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明工作過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例包括交互接口模塊、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊以及邏輯構(gòu)件管理模塊，其中交互接口模塊通過(guò)socket協(xié)議與虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)用戶進(jìn)行交互并根據(jù)用戶的操作指令將場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊的反饋數(shù)據(jù)消息返回給虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)，邏輯構(gòu)件管理模塊對(duì)內(nèi)置邏輯構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行讀取、寫入與維護(hù)操作，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊分別與邏輯構(gòu)件管理模塊相連，其中實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊接收用戶傳輸?shù)淖匀徽Z(yǔ)言場(chǎng)景文件并轉(zhuǎn)換成用邏輯語(yǔ)言表達(dá)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景模型，編譯求解模塊將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景編譯為實(shí)驗(yàn)仿真程序，實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊根據(jù)用戶的操作指令對(duì)實(shí)驗(yàn)仿真程序進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的控制。所述的交互接口模塊包括實(shí)時(shí)交互仿真單元和非實(shí)時(shí)仿真單元，其中實(shí)時(shí)交互仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并持續(xù)傳輸實(shí)時(shí)結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的socket端口向場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù)，包括XML格式的場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制命令、參數(shù)修改命令等并以XML格式數(shù)據(jù)流的形式實(shí)時(shí)返回實(shí)驗(yàn)獲取的仿真結(jié)果，用戶能夠控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行流程；非實(shí)時(shí)仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并一次性傳輸所有解算結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的socket端口向場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)系統(tǒng)一次性以XML格式數(shù)據(jù)流的形式返回所有用戶指定時(shí)間段的仿真結(jié)果，用戶無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)。所述的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊包括數(shù)據(jù)讀取單元、邏輯識(shí)別單元以及Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊實(shí)現(xiàn)了從用自然語(yǔ)言描述的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換，其中數(shù)據(jù)讀取單元讀取實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)，包括虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的構(gòu)件信息、屬性值以及連接關(guān)系等，用XML格式的文件表示；邏輯識(shí)別單元將數(shù)據(jù)讀取單元中獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)其內(nèi)在邏輯識(shí)別為多個(gè)構(gòu)件的組合及其聯(lián)接關(guān)系；Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元讀取邏輯識(shí)別單元得到的結(jié)果并用Modelica仿真語(yǔ)言表達(dá)得到場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型。所述的編譯求解模塊包括模型平坦化單元、編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元以及可執(zhí)行程序編譯單元，該模塊在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊生成的場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，生成可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的求解執(zhí)行程序。其中模型平坦化單元場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行平坦化處理生成具有完整編譯求解信息的MO文件，編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元使用開源Modelica語(yǔ)言編譯器openModelica 將MO文件轉(zhuǎn)換為用C++語(yǔ)言表達(dá)的中間文件；可執(zhí)行程序編譯單元采用內(nèi)置的具有過(guò)程控制庫(kù)的GCC編譯器進(jìn)行編譯并鏈接生成實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解算可執(zhí)行程序。所述的實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊包括命令解析單元、仿真過(guò)程控制單元以及仿真結(jié)果接收單元，該模塊的調(diào)用編譯求解模塊生成的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解算程序，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仿真和控制。其中命令解析單元將交互接口模塊中得到的用戶命令轉(zhuǎn)換成機(jī)器能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)指令；仿真過(guò)程控制單元通過(guò)socket接口與場(chǎng)景解算程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行包括暫停運(yùn)行、繼續(xù)運(yùn)行、停止運(yùn)行、跳轉(zhuǎn)仿真時(shí)間、修改仿真參數(shù)、過(guò)濾返回?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的仿真并對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行控制，仿真結(jié)果接收單元接收可執(zhí)行程序返回?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)操作指令進(jìn)行過(guò)濾并以XML格式的數(shù)據(jù)流形式返回實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果。所述的邏輯構(gòu)件管理模塊包括邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元以及邏輯構(gòu)件管理單元，該模塊對(duì)邏輯構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和管理。其中邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元內(nèi)置由若干不同學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)邏輯構(gòu)件組成的邏輯構(gòu)件庫(kù)，邏輯構(gòu)件使用自然語(yǔ)言描述實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的名稱、構(gòu)件類型、學(xué)科信息、接口列表、屬性列表等信息，以XML格式文件的形式儲(chǔ)存在邏輯構(gòu)件庫(kù)中；邏輯構(gòu)件管理單元對(duì)邏輯構(gòu)件庫(kù)輸出訪問(wèn)、添加、刪除以及修改操作指令，并接受XML文件。本實(shí)施例系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，箭頭表明數(shù)據(jù)的流向。在具體實(shí)施時(shí)，各模塊的執(zhí)行存在一定的順序關(guān)系交互接口模塊接收并解析虛擬實(shí)驗(yàn)用戶發(fā)送的場(chǎng)景數(shù)據(jù)， 驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景解析模塊進(jìn)行場(chǎng)景數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；場(chǎng)景解析模塊調(diào)用邏輯構(gòu)件管理模塊獲取構(gòu)件邏輯關(guān)系，生成邏輯場(chǎng)景文件；交互接口模塊繼續(xù)給編譯求解模塊發(fā)送編譯指令，場(chǎng)景編譯求解模塊接收邏輯場(chǎng)景文件，調(diào)用邏輯構(gòu)件管理模塊獲取構(gòu)件邏輯模型，編譯生成仿真可執(zhí)行文件；交互接口模塊發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊，生成仿真結(jié)果，過(guò)濾后返回給交互接口模塊，由交互接口模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果編碼后返回給前臺(tái)用戶，其中(1)交互接口模塊此模塊實(shí)現(xiàn)求解系統(tǒng)與用戶的通信功能。用戶啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)指定建立socket連接的端口號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先啟動(dòng)交互接口模塊，此模塊在用戶指定的端口上監(jiān)聽，等待用戶連接。用戶使用TCP/IP協(xié)議與交互接口進(jìn)行連接，發(fā)送用戶指令并接收解算結(jié)果數(shù)據(jù)。表1為交互接口模塊定義了發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式。表1交互接口通信格式數(shù)據(jù)段lengthcommanddatacheck數(shù)據(jù)段含義用字符串表示的數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度用字符串表示的命令類型與命令相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)段校驗(yàn)位長(zhǎng)度8個(gè)字節(jié)4個(gè)字節(jié)由length決定1個(gè)字節(jié)交互接口模塊通過(guò)建立的socket端口接收用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)上述通信格式對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲得內(nèi)容后并根據(jù)指令的實(shí)際功能調(diào)用相應(yīng)的模塊功能進(jìn)行仿真。 調(diào)用之后交互接口模塊按照通信格式發(fā)送相應(yīng)命令回復(fù)給前臺(tái)，通知前臺(tái)已經(jīng)接收到消息并開始執(zhí)行相應(yīng)的模塊。表2定義了命令編號(hào)、命令名稱以及相應(yīng)的回復(fù)。表2交互接口接收命令及回復(fù)列表
命令編號(hào)命令名稱描述命令回復(fù)
權(quán)利要求
1.一種多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征在于，包括交互接口模塊、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊以及邏輯構(gòu)件管理模塊，其中交互接口模塊通過(guò)socket協(xié)議與虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)用戶進(jìn)行交互并根據(jù)用戶的操作指令將場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊的反饋數(shù)據(jù)消息返回給虛擬實(shí)驗(yàn)前臺(tái)，邏輯構(gòu)件管理模塊對(duì)內(nèi)置邏輯構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行讀取、寫入與維護(hù)操作，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊分別與邏輯構(gòu)件管理模塊相連，其中實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊接收用戶傳輸?shù)淖匀徽Z(yǔ)言場(chǎng)景文件并轉(zhuǎn)換成用邏輯語(yǔ)言表達(dá)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景模型，編譯求解模塊將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景編譯為實(shí)驗(yàn)仿真程序，實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊根據(jù)用戶的操作指令對(duì)實(shí)驗(yàn)仿真程序進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的交互接口模塊包括實(shí)時(shí)交互仿真單元和非實(shí)時(shí)仿真單元，其中實(shí)時(shí)交互仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并持續(xù)傳輸實(shí)時(shí)結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的socket端口向場(chǎng)景解析模塊、 編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送包括XML格式的場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制命令、參數(shù)修改命令的指令數(shù)據(jù)并以XML格式數(shù)據(jù)流的形式實(shí)時(shí)返回實(shí)驗(yàn)獲取的仿真結(jié)果， 非實(shí)時(shí)仿真單元與用戶操作前臺(tái)相連接并一次性傳輸所有解算結(jié)果信息，用戶通過(guò)設(shè)定的 socket端口向場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊和實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊發(fā)送實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)系統(tǒng)一次性以XML格式數(shù)據(jù)流的形式返回所有用戶指定時(shí)間段的仿真結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊包括數(shù)據(jù)讀取單元、邏輯識(shí)別單元以及Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元，其中 數(shù)據(jù)讀取單元讀取包括虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的構(gòu)件信息、屬性值以及連接關(guān)系的XML格式的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述數(shù)據(jù)，邏輯識(shí)別單元將數(shù)據(jù)讀取單元中獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)其內(nèi)在邏輯識(shí)別為多個(gè)構(gòu)件的組合及其聯(lián)接關(guān)系，Modelica語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元讀取邏輯識(shí)別單元得到的結(jié)果并用 Modelica仿真語(yǔ)言表達(dá)得到場(chǎng)景數(shù)學(xué)模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的編譯求解模塊包括模型平坦化單元、編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元以及可執(zhí)行程序編譯單元，其中模型平坦化單元具有完整編譯求解信息的MO文件，編譯語(yǔ)言轉(zhuǎn)換單元調(diào)用Modelica語(yǔ)言編譯器openModelica將MO文件轉(zhuǎn)換為用C++語(yǔ)言表達(dá)的中間文件，可執(zhí)行程序編譯單元采用內(nèi)置的具有過(guò)程控制庫(kù)的GCC編譯器進(jìn)行編譯并鏈接生成實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解算可執(zhí)行程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊包括命令解析單元、仿真過(guò)程控制單元以及仿真結(jié)果接收單元，其中命令解析單元將交互接口模塊中得到的用戶命令轉(zhuǎn)換成機(jī)器能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)指令，仿真過(guò)程控制單元通過(guò)socket接口與場(chǎng)景解算程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行包括暫停運(yùn)行、繼續(xù)運(yùn)行、停止運(yùn)行、跳轉(zhuǎn)仿真時(shí)間、修改仿真參數(shù)、過(guò)濾返回?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的仿真并對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行控制，仿真結(jié)果接收單元接收可執(zhí)行程序返回?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)操作指令進(jìn)行過(guò)濾并以XML格式的數(shù)據(jù)流形式返回實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的邏輯構(gòu)件管理模塊包括邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元以及邏輯構(gòu)件管理單元，其中邏輯構(gòu)件存儲(chǔ)單元內(nèi)置由若干不同學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)邏輯構(gòu)件組成的邏輯構(gòu)件庫(kù)，邏輯構(gòu)件管理單元對(duì)邏輯構(gòu)件庫(kù)輸出訪問(wèn)、添加、刪除以及修改操作指令，并接受XML文件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，其特征是，所述的邏輯構(gòu)件采用自然語(yǔ)言描述，包括實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的名稱、構(gòu)件類型、學(xué)科信息、接口列表、屬性列表信息，該邏輯構(gòu)件以XML格式文件的形式儲(chǔ)存在邏輯構(gòu)件庫(kù)中。
全文摘要
一種虛擬仿真技術(shù)領(lǐng)域的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)交互式仿真解算系統(tǒng)，包括交互接口模塊、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景解析模塊、編譯求解模塊、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制模塊以及邏輯構(gòu)件管理模塊，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)的仿真解算過(guò)程，能夠在同一系統(tǒng)中對(duì)計(jì)算機(jī)、機(jī)械、自動(dòng)控制、電工電子、物理等多個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真求解，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)并能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的過(guò)程控制、參數(shù)修改等交互操作，從而為交互式虛擬實(shí)驗(yàn)提供后臺(tái)支持。
文檔編號(hào)G09B9/00GK102289593SQ201110240500
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者程奐翀, 范秀敏, 馬彥軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)