[发明专利]一种基于时域解耦的多速率协同仿真方法

说明书

本发明针对弱耦合多系统提出一种基于时域解耦的多速率协同仿真方法，包括S1：协调器确定初始全局仿真推进步长，确定下一同步点；S2：各个子系统内部采用可变步长积分，从当前时刻开始，分别仿真推进到最接近同步点的时刻；S3：各个子系统将上一同步点至当前同步点之间完成的内部的积分子步长序列、输出序列传递到协调器；S4：协调器根据各子系统在当前全局步长内生成的数据，计算下一全局仿真推进步长及下一同步点；S5：协调器计算各个子系统在下一时刻的输入，将其传递到各个子系统；S6：如果当前同步点达到设定的时间点，协同仿真结束；否则，跳转到S2，处理下一轮协同仿真推进。本发明能够有效减少同步次数，提高仿真效率。

技术领域

本发明属于建模仿真技术应用领域，尤其涉及面向多系统协同仿真中的模型时域解耦及多速率协同仿真方法。

背景技术

协同仿真过程中，各子系统以黑盒形式集成到整个仿真场景中。这些子系统在某些同步点或通信点交换输入、输出量进行耦合，以协调整个系统稳定、有序地向前推进。通过协同仿真，能够方便地实现子系统建模的量身定制和求解器并行执行，可以有效缩短仿真墙上时钟时间，提高仿真效率。然而，复杂系统或产品的一个重要特征是，通常在其内部存在不同时间尺度的组成部分，这导致在频率方面存在明显不同的动态响应特性，客观上要求各子模块或系统内部采用与自身相适应的步进粒度。由于只能在协同仿真过程的同步点进行信息交换，必然会引入耦合误差及不连续性，有时甚至难以保证积分以准确或稳定的方式推进。采用迭代耦合方式可以缓解这个问题，但对于某些类型的应用(例如需要实时仿真)，这种迭代可能会变得过于耗时，无法满足时间约束；与之相比，非迭代形式的多速率集成方法具有更大的优势。

多速率协同仿真的基本思想是使用两个或多个时间网格：一个粗粒度时间网格用于慢速组件，一个细粒度时间网格用于快速组件，慢速和快速组件之间的耦合项(输入、输出)通过外推或内插方法进行估值。然而，目前采用的主流时间网格划分方法是等距和同步的，这意味着全局积分步长H是局部积分长h的整数倍，且在整个仿真周期内保持不变。这种固定积分步长的方法存在两个弊端：一方面，子系统要根据其局部积分步长对输出进行外推或内插估值，由于不同子系统采用的估值方法各不相同，导致误差估计不准；另一方面，采用固定全局积分步长，同样不利于误差控制，为了保持耦合过程稳定和仿真结果准确，必须采用较小的时间粒度，降低了仿真效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种基于时域解耦的多速率协同仿真方法，能够提高误差控制精度，动态控制全局仿真步长，提高仿真效率。

本发明提供的基于时域解耦的多速率协同仿真方法，包括：

S1、协调器确定初始全局仿真推进步长，并据此确定下一同步点；

S2、各个子系统内部采用可变步长积分，从当前时刻开始，分别仿真推进到最接近同步点的时刻；

S3、各个子系统将上一同步点至当前同步点之间完成的内部的积分子步长序列、输出序列传递到协调器；

S4、协调器根据各个子系统在当前全局步长内生成的数据，计算下一全局仿真推进步长及下一同步点；

S5、协调器计算各个子系统在下一时刻的输入，并将其传递到各个子系统；

S6、如果当前同步点达到预先设定的时间点，协同仿真结束；否则，跳转到步骤S2，继续处理下一轮协同仿真推进。

进一步地，在步骤S1中，协调器设置各个子系统的相对误差和全局误差，并根据用户设置确定初始全局仿真推进步长H⁰；协调器根据初始仿真时间T⁰计算下一同步点T¹＝T⁰+H⁰，并将其发送给各个子系统；协调器设置各子系统的当前时钟t⁰＝T⁰。