在之前的兩篇文章中(文末往期回顧中可查看),我們主要介紹了功能模型接口FMI的主要組成部分和一些使用場(chǎng)景,今天就以康謀自動(dòng)駕駛仿真軟件aiSim為例,來(lái)展示一下如何建立一個(gè)FMU并實(shí)現(xiàn)基于UDP和FMI聯(lián)合仿真(co-simulation)數(shù)據(jù)通信。
一、效果預(yù)覽
PC1?aiSim運(yùn)行效果
PC2?讀取FMU和UDP通訊
一、相關(guān)配置
OS:Ubuntu22.05
仿真軟件:aiSim?5.2.0
首先是要構(gòu)建所需要的FMU,在一些動(dòng)力學(xué)仿真軟件上,如CarSim,可以直接導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的FMU文件,但本次我們基于C++從零構(gòu)建FMU文件。
需要編輯的6份文件分別是:
- fmi_simple_car.cpp:根據(jù)FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)車輛模型
- simple_car.h:車輛模型的頭文件
- simple_car.cpp:車輛模型的實(shí)現(xiàn)文件
- value_reference_ids.h:定義值應(yīng)用ID的頭文件
- modelDescription.xml:定義FMU結(jié)構(gòu)的根文件
- simple_car_fmu.json文件:用于將構(gòu)建的FMU文件映射到aiSim的車輛動(dòng)力學(xué)中(非構(gòu)建FMU所必須)
三、操作步驟
首先是fmi_simple_car.cpp文件主要包含了6個(gè)部分,最終實(shí)現(xiàn)為模擬控制一個(gè)簡(jiǎn)單的車輛模型,包括了實(shí)例化、設(shè)置參數(shù),執(zhí)行仿真步驟以及獲取和設(shè)置模型參數(shù)的功能。
頭文件:
- include?"fmi2Functions.h"?(是FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)的頭文件,請(qǐng)參考FMI官網(wǎng))
- include
- include
- include?"simple_car.h"
1、實(shí)例化
實(shí)例化FMU,在之前的文章中我們以C語(yǔ)言為例,本次采用C++來(lái)做示范。
fmi2Component fmi2Instantiate(
fmi2String /*實(shí)例名稱*/,
fmi2Type fmuType /*實(shí)例類型(ME/CO)*/,
fmi2String /*唯一標(biāo)識(shí)符*/,
fmi2String /*資源位置*/,
const fmi2CallbackFunctions* /*回調(diào)函數(shù)*/,
fmi2Boolean /*是否可見*/,
fmi2Boolean /*是否啟用日志*/)
{/*此處可以與用判斷車輛實(shí)例是否在使用、檢查FMU的類型是ME模型交換還是CO聯(lián)合仿真、執(zhí)行實(shí)例化車輛*/
car_is_used = True; //預(yù)先設(shè)置的標(biāo)志變量,用于表示表示車輛是否正在使用
returen &only_one_car; //預(yù)先定義的全局SimpleCar對(duì)象only_one_car
}
2、FMU交互
實(shí)例化完成后,我們要實(shí)現(xiàn)一系列函數(shù)用于FMU交互的具體實(shí)現(xiàn),主要包含獲取和設(shè)置變量,執(zhí)行仿真步驟等
① 獲取類型
獲取實(shí)數(shù),通過(guò)遍歷引用數(shù)組vr,獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。
fmi2Status fmi2GetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, fmi2Real value[]){
for (size_t i = 0; i < nvr; ++i) {
value[i] = only_one_car.GetValue(vr[i]);
}
return fmi2OK;
}
同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。
② 設(shè)置類型
設(shè)置實(shí)數(shù),同樣通過(guò)only_one_car.SetValue(vr[i],?value[i])設(shè)置對(duì)應(yīng)的值。
fmi2Status fmi2SetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, const fmi2Real value[]){
for (size_t i = 0; i < nvr; ++i) {
only_one_car.SetValue(vr[i], value[i]);
}
return fmi2OK;
}
同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。
③ 執(zhí)行仿真
獲取實(shí)聯(lián)合仿真函數(shù)(CO),可以是根據(jù)之前實(shí)數(shù)和證書引入導(dǎo)數(shù)計(jì)算,又或是引入仿真步驟的執(zhí)行和取消數(shù),通過(guò)遍歷引用數(shù)組vr,獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。
比如執(zhí)行仿真步驟,其中DoStep將會(huì)在Simple_car.cpp中實(shí)現(xiàn):
fmi2Status fmi2DoStep(fmi2Component /*c*/, fmi2Real /*currentCommunicationPoint*/, fmi2Real communicationStepSize, fmi2Boolean /*newStep*/){
log_to_file("fmi2DoStep()"); only_one_car.DoStep(communicationStepSize);
return fmi2OK;
}
同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。
3、初始化和釋放
除此之外,我們還需要注意在仿真過(guò)程中FMU實(shí)例的初始化和釋放。
比如我們可以簡(jiǎn)單的通過(guò)設(shè)置car_is_used= false實(shí)現(xiàn)實(shí)例的釋放,可以通過(guò)only_one_car = SimplerCar()來(lái)實(shí)現(xiàn)FMU的重置,其中SimplerCar類的具體實(shí)現(xiàn)在simple_car.cpp中。
以上就是基于FMI2.0實(shí)現(xiàn)車輛模型時(shí)所需的基本內(nèi)容,剩余的內(nèi)容我們將在后續(xù)的文章中進(jìn)行分享。