康謀分享 | 自動(dòng)駕駛聯(lián)合仿真——功能模型接口FMI（二）

FMU中時(shí)間概念的連續(xù)性和離散性實(shí)際上是變量的屬性。并且FMU都能夠包含連續(xù)時(shí)間的變量或是離散時(shí)間的變量。在模型交換類(lèi)型和聯(lián)合仿真類(lèi)的FMU通信中可以看到這一點(diǎn)。

在FMI2.0中通過(guò)通信點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信結(jié)構(gòu)是離散的。

一、模型交換：導(dǎo)入工具提供求解器

• 仿真工具之間模型集成非常緊密。
• 在導(dǎo)入工具和模型之間的接口非常復(fù)雜。
• 導(dǎo)入工具必須提供合適的求解器。

二、聯(lián)合仿真：導(dǎo)出工具提供求解器

• 模型和求解器之間有著緊密的耦合關(guān)系。
• 導(dǎo)入工具和模型之間的接口相對(duì)簡(jiǎn)單。
• 可以選擇不同的聯(lián)合仿真算法和通信步長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定精確的仿真方案。

三、聯(lián)合仿真的接口Interface

通信時(shí)間步長(zhǎng)可以和內(nèi)部步長(zhǎng)不同，通信時(shí)間步長(zhǎng)主要是不同F(xiàn)MU之間交換信息，而在各自的內(nèi)部可以時(shí)是不同的可變時(shí)間步長(zhǎng)。

在聯(lián)合仿真接口中，參數(shù)會(huì)根據(jù)FMI標(biāo)準(zhǔn)有著典型的調(diào)用順序：

• 得到輸出：fmiGetXXX(...)
• 觸發(fā)計(jì)算直到下一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)：fmidoStep(...)
• 設(shè)置輸入值：fmi2SetXXX(...)

以C代碼為例：

• 使用FMI2Instantiate函數(shù)實(shí)例化FMU

CALL (FMI2Instantiate(S, resourceURI, fmi2CoSimulation, modelDescription->instantiationToken, fmi2Flase, fmi2Flase))

其中涉及到的參數(shù)分別是FMI實(shí)例、FMU資源的URI、聲明FMU的類(lèi)型為聯(lián)合仿真、唯一標(biāo)識(shí)符、是否顯示FMU的GUI和是否啟動(dòng)日志記錄的參數(shù)。

• 應(yīng)用初始值和輸出

CALL(applyStartValues(S, settings));
CALL(FMIApplyInput(S, input, setttings->startTime, true, true, false));

• 設(shè)置參數(shù)并進(jìn)入初始化模式，如果有FMU初始狀態(tài)文件的話(huà)，可以在實(shí)例化FMU后執(zhí)行

CALL(FMI2SetupExperiment(S, settings->tolerance >0, settings->tolerance, settings->startTime, fmiFalse, 0)); 
CALL(FMI2EnterInitializationMode(S));
CALL(FMI2ExitInitializationMode(S));

• 進(jìn)入仿真循環(huán)，按照時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行采樣和應(yīng)用輸入

for(ubsigned long step = 0;; step++) { const fmi2Real time = settings->startTime + step * settings->outputInterval; ...
CALL(FMISample(S, time, result));
CALL(FMIApplyInput(S, input, time, true, true, false));
......
const FMIStatus doStepStatus = FMI2DoStep(S, time, settings->outputInterval, fmiTrue);
......
CALL(FMIGetBooleanStatues(S, fmi2Terminated, &terminated))
......
CALL(FMI2GetRealStatus(S, fmi2LastSuccessfulTime, &lastSuccessfulTime));
CALL(FMISample(S, lastSuccessfulTime, result));
......

聯(lián)合仿真算法作用

• 聯(lián)合仿真算法不屬于FMI標(biāo)準(zhǔn)的一部分，其作用主要是用于：
• 推進(jìn)整個(gè)仿真系統(tǒng)的時(shí)間，使得各個(gè)子系統(tǒng)的FMU組件在 每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同步執(zhí)行仿真計(jì)算，即代碼中仿真循環(huán)的部分。
• 交換輸入和輸出數(shù)據(jù)。
• 觸發(fā)時(shí)鐘信號(hào)，用于同步不同仿真組件或觸發(fā)某些操作，即代碼中。

settings->startTime + step * settings->outputInterval; FMI2DoStep(S, time, settings->outputInterval, fmiTrue);

• 處理事件，例如狀態(tài)變化、外部輸入、內(nèi)部條件觸發(fā)等，即代碼中。

CALL(FMI2GetRealStatus(S, fmi2LastSuccessfulTime, &lastSuccessfulTime));CALL(FMISample(S, lastSuccessfulTime, result));

四、模型描述文件是并行的

模型描述文件modelDescription.xml包含了關(guān)于FMU所有的靜態(tài)信息，其定義了FMU支持的接口類(lèi)型，無(wú)論是模型交換或是聯(lián)合仿真，同時(shí)解釋了模型變量，包括了輸入、輸出以及相關(guān)參數(shù)，以便導(dǎo)入工具進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

除此之外也會(huì)包含模型接口的一些信息，比如模型連接時(shí)數(shù)據(jù)是符合輸入輸出的。

并且在模型描述文件中還會(huì)聲明一些屬性標(biāo)志，比如“needsExcutionTool”，這一屬性表示需要特定的程序或是特定的庫(kù)文件才能夠執(zhí)行FMU，所以在導(dǎo)入FMU時(shí)，在導(dǎo)入工具中需要一個(gè)額外的包裝Wrapper，并不真正的參與計(jì)算，而是用來(lái)實(shí)現(xiàn)模型、求解工具和執(zhí)行之間進(jìn)行通信。