本申請(qǐng)屬于數(shù)字化仿真建模領(lǐng)域，特別涉及一種飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法。

背景技術(shù)：

1、目前飛行器研制中廣泛采用建模與仿真方法開(kāi)展設(shè)計(jì)選型、方案權(quán)衡和設(shè)計(jì)驗(yàn)證。但是現(xiàn)有的建模方法主要是機(jī)理建模，且主要用于單個(gè)學(xué)科或過(guò)程的建模與仿真，針對(duì)復(fù)雜多學(xué)科問(wèn)題的仿真模型置信度低，各組成部分的仿真模型接口不統(tǒng)一，聯(lián)合仿真缺少構(gòu)型控制，各研制階段仿真架構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)整效率低，難以滿足飛行器系統(tǒng)敏捷設(shè)計(jì)迭代和多學(xué)科集成驗(yàn)證的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，主要包括：

2、步驟s1、確定各應(yīng)用場(chǎng)景下的數(shù)字孿生模型構(gòu)建策略為：將飛行器的裝備系統(tǒng)劃分為控制部分和被控對(duì)象部分，按照虛實(shí)結(jié)合的數(shù)字孿生建模方法，建立控制部分和被控對(duì)象部分虛實(shí)組合的各類數(shù)字孿生構(gòu)型；

3、步驟s2、復(fù)用所述裝備系統(tǒng)的物理架構(gòu)，生成所述應(yīng)用場(chǎng)景下的多學(xué)科仿真架構(gòu)；

4、步驟s3、對(duì)所述裝備系統(tǒng)中的每個(gè)仿真單元進(jìn)行機(jī)理、數(shù)據(jù)或者機(jī)理與數(shù)據(jù)融合的數(shù)字孿生模型構(gòu)建；

5、步驟s4、通過(guò)構(gòu)建多學(xué)科聯(lián)合仿真柔性框架，對(duì)各仿真單元的數(shù)字孿生模型進(jìn)行集成、配置及聯(lián)合仿真。

6、優(yōu)選的是，步驟s1中，所述控制部分包括指令單元與控制單元，所述被控對(duì)象部分包括執(zhí)行單元和反饋單元，其中，指令單元用于接收操作指令輸入，控制單元用于將所述操作指令按照指定的控制算法轉(zhuǎn)化為控制指令，執(zhí)行單元用于根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，反饋單元用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)。

7、優(yōu)選的是，步驟s1中，建立控制部分和被控對(duì)象部分虛實(shí)組合的各類數(shù)字孿生構(gòu)型包括：

8、步驟s11、確定所述數(shù)字孿生構(gòu)型的框架為：

9、m=f(mc,mp,mr,me)；

10、其中，m為飛行器的裝備系統(tǒng)的數(shù)字孿生構(gòu)型，f為框架函數(shù)，mc表示所述控制部分的各個(gè)組件的仿真模型，mp表示所述被控對(duì)象部分的各個(gè)組件的仿真模型，mr表示各組件之間的輸入輸出接口，me表示系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；

11、其中，mc=ψ(fc(xc,yc,pc),φc)；mp=ψ(fp(xp,yp,pp),φp)；

12、其中，ψ為仿真模型函數(shù)，xc表示控制部分的仿真模型的輸入接口向量，yc表示控制部分的仿真模型的輸出接口向量，pc表示控制部分的仿真模型的可調(diào)參數(shù)，fc表示控制部分的代理模型函數(shù)，φc表示控制部分的仿真模型輸入和輸出之間的轉(zhuǎn)化邏輯，xp表示被控對(duì)象部分的仿真模型的輸入向量，yp表示被控對(duì)象部分的仿真模型的輸出向量，pp表示被控對(duì)象部分的仿真模型的可調(diào)參數(shù)，fp表示被控對(duì)象部分的仿真模型的代理模型函數(shù)，φp表示被控對(duì)象部分的仿真模型輸入和輸出之間的轉(zhuǎn)化邏輯；

13、步驟s12、當(dāng)控制部分和被控對(duì)象部分均采用機(jī)理建模算法時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)φc和φp的精度參數(shù)，分別構(gòu)建控制部分和被控對(duì)象的機(jī)理仿真模型，以建立不同精度的多學(xué)科數(shù)字孿生構(gòu)型；當(dāng)控制部分和被控對(duì)象均采用數(shù)據(jù)建模算法時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)φc和φp的精度參數(shù)，分別構(gòu)建控制部分和被控對(duì)象的數(shù)據(jù)仿真模型，以建立不同精度的多學(xué)科數(shù)字孿生構(gòu)型；當(dāng)控制部分和被控對(duì)象部分中的一部分采用機(jī)理建模算法、另一部分采用數(shù)據(jù)建模算法時(shí)，所述裝備系統(tǒng)的數(shù)字孿生構(gòu)型轉(zhuǎn)化為虛實(shí)融合的多學(xué)科數(shù)字孿生構(gòu)型，通過(guò)調(diào)節(jié)φc和φp的精度參數(shù)，分別構(gòu)建控制部分的機(jī)理仿真模型和被控對(duì)象部分的數(shù)字仿真模型，以建立不同精度的多學(xué)科數(shù)字孿生構(gòu)型。

14、優(yōu)選的是，步驟s2進(jìn)一步包括：

15、步驟s21、對(duì)所述物理架構(gòu)中與所述應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的特性無(wú)關(guān)的接口進(jìn)行屏蔽，僅對(duì)外發(fā)布與所述應(yīng)用場(chǎng)景相關(guān)的物理接口；

16、步驟s22、將所選擇的物理接口進(jìn)一步細(xì)化為仿真變量；

17、步驟s23、為物理架構(gòu)中的每個(gè)仿真單元設(shè)置仿真參數(shù)。

18、優(yōu)選的是，在步驟s23中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述仿真參數(shù)，動(dòng)態(tài)重構(gòu)所述多學(xué)科仿真架構(gòu)。

19、優(yōu)選的是，步驟s3進(jìn)一步包括：

20、當(dāng)仿真單元的仿真場(chǎng)景機(jī)理清晰、機(jī)理仿真計(jì)算效率滿足設(shè)計(jì)迭代要求時(shí)，采用基于方程的機(jī)理建模方法，建立該仿真單元的數(shù)字孿生模型；當(dāng)仿真單元的仿真場(chǎng)景機(jī)理不清楚時(shí)，采用基于數(shù)據(jù)的建模方法，建立該仿真單元的數(shù)字孿生模型，當(dāng)仿真單元的仿真場(chǎng)景機(jī)理清晰，但機(jī)理仿真計(jì)算效率無(wú)法滿足設(shè)計(jì)迭代要求時(shí)，則采用機(jī)理和數(shù)據(jù)融合的建模方法，建立該仿真單元數(shù)字孿生模型。

21、優(yōu)選的是，采用機(jī)理和數(shù)據(jù)融合的建模方法，建立該仿真單元數(shù)字孿生模型包括：

22、當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的樣本量少于設(shè)定值，采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)理模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和修正，利用修正后的機(jī)理模型產(chǎn)生大量仿真樣本數(shù)據(jù)，基于仿真樣本數(shù)據(jù)，采用擬合算法建立所述數(shù)字孿生模型；

23、當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的樣本量不少于設(shè)定值時(shí)，采用機(jī)理模型仿真生成仿真樣本數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合，基于融合數(shù)據(jù)，采用擬合算法建立所述數(shù)字孿生模型。

24、優(yōu)選的是，所述多學(xué)科聯(lián)合仿真柔性框架自底向上依次包括資源層、接口層、連接層、架構(gòu)層和應(yīng)用層，從而將應(yīng)用層和資源層進(jìn)行隔離，對(duì)各仿真單元的數(shù)字孿生模型接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，通過(guò)參數(shù)配置驅(qū)動(dòng)各類仿真資源在所述多學(xué)科仿真架構(gòu)中的熱插拔。

25、優(yōu)選的是，步驟s4進(jìn)一步包括：

26、建立聯(lián)合仿真構(gòu)型配置矩陣，所述配置矩陣包括用于表征所述數(shù)字孿生構(gòu)型的類型變化的第一變量及用于表征同類數(shù)字孿生構(gòu)型的精度變化的第二變量；通過(guò)在所述配置矩陣中選擇不同類型的數(shù)字孿生構(gòu)型及對(duì)所述數(shù)字孿生構(gòu)型的精度選擇，驅(qū)動(dòng)各個(gè)仿真單元的數(shù)字孿生模型的集成，按照預(yù)設(shè)的聯(lián)合仿真調(diào)度算法，驅(qū)動(dòng)集成后的多學(xué)科數(shù)字孿生模型開(kāi)展仿真。

27、本申請(qǐng)降低了多學(xué)科數(shù)字孿生模型集成的復(fù)雜度，提高了各研制階段仿真架構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整效率。

技術(shù)特征：

1.一種飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，步驟s1中，所述控制部分包括指令單元與控制單元，所述被控對(duì)象部分包括執(zhí)行單元和反饋單元，其中，指令單元用于接收操作指令輸入，控制單元用于將所述操作指令按照指定的控制算法轉(zhuǎn)化為控制指令，執(zhí)行單元用于根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，反饋單元用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，步驟s1中，建立控制部分和被控對(duì)象部分虛實(shí)組合的各類數(shù)字孿生構(gòu)型包括：

4.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，步驟s2進(jìn)一步包括：

5.如權(quán)利要求4所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，在步驟s23中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述仿真參數(shù)，動(dòng)態(tài)重構(gòu)所述多學(xué)科仿真架構(gòu)。

6.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，步驟s3進(jìn)一步包括：

7.如權(quán)利要求6所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，采用機(jī)理和數(shù)據(jù)融合的建模方法，建立該仿真單元數(shù)字孿生模型包括：

8.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，所述多學(xué)科聯(lián)合仿真柔性框架自底向上依次包括資源層、接口層、連接層、架構(gòu)層和應(yīng)用層，從而將應(yīng)用層和資源層進(jìn)行隔離，對(duì)各仿真單元的數(shù)字孿生模型接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，通過(guò)參數(shù)配置驅(qū)動(dòng)各類仿真資源在所述多學(xué)科仿真架構(gòu)中的熱插拔。

9.如權(quán)利要求1所述的飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法，其特征在于，步驟s4進(jìn)一步包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于數(shù)字化仿真建模領(lǐng)域，涉及一種飛行器數(shù)字孿生模型集成開(kāi)發(fā)方法。該方法包括：步驟S1、確定各應(yīng)用場(chǎng)景下的數(shù)字孿生模型構(gòu)建策略為：將飛行器的裝備系統(tǒng)劃分為控制部分和被控對(duì)象部分，按照虛實(shí)結(jié)合的數(shù)字孿生建模方法，建立控制部分和被控對(duì)象部分虛實(shí)組合的各類數(shù)字孿生構(gòu)型；步驟S2、復(fù)用裝備系統(tǒng)的物理架構(gòu)，生成應(yīng)用場(chǎng)景下的多學(xué)科仿真架構(gòu)；步驟S3、對(duì)裝備系統(tǒng)中的每個(gè)仿真單元進(jìn)行機(jī)理、數(shù)據(jù)或者機(jī)理與數(shù)據(jù)融合的數(shù)字孿生模型構(gòu)建；步驟S4、通過(guò)構(gòu)建多學(xué)科聯(lián)合仿真柔性框架，對(duì)各仿真單元的數(shù)字孿生模型進(jìn)行集成、配置及聯(lián)合仿真。本申請(qǐng)降低了多學(xué)科數(shù)字孿生模型集成的復(fù)雜度，提高了各研制階段仿真架構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整效率。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭黨黨,寧宇,李嬌,周小波,張石磊,王亞紅,劉岳峰,李明星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/10