自动驾驶汽车仿真器综述:能力、挑战和发展方向

仿真器在自动驾驶汽车(Autonomous Vehicle,AV)系统的研究、开发和验证中发挥着举足轻重的作用。本文系统地探讨了AV仿真器的国内外现状,并重点分析了其能力、面临的挑战和未来发展趋势。首先,梳理了AV仿真器的发展历程,阐述了国内外相关研究现状。接着,依据技术性指标、功能性指标、性能指标和商业性指标,对各类仿真器进行了全面评估,同时讨论了它们在不同研究和开发任务中的适用性。此外,深入剖析了AV仿真器所面临的挑战和限制,结合深度学习、人工智能等先进技术的发展,提出了针对性的解决策略。对于如何克服AV仿真器在复杂环境和多元场景下的局限性,提出了一系列具有前瞻性的解决方案。在此基础上,着重强调了未来研究的机遇和新兴趋势,这些将为下一代仿真器的发展奠定基础。最后,本综述旨在为研究人员、开发者及行业利益相关者提供有益的参考,协助他们选择最符合需求的工具,并激发自动驾驶领域未来的创新潜力。综述的内容有助于推动AV仿真器在自动驾驶研究和实际应用中发挥更大的作用,从而为人类出行带来更为安全、便捷和高效的体验。

飞行仿真器四旋翼姿态控制方法研究

针对四旋翼飞行系统具有多输入输出及多变量等特点,设计了基于四旋翼飞行仿真器的反馈线性化线性二次型调节器(LQR)控制器。首先,建立四旋翼飞行仿真器系统模型,然后,以四旋翼仿真器为控制平台和MATLAB/Simulink为实验平台,搭建LQR控制器和反馈线性化LQR控制器模型,并分别使用2种控制方法进行仿真对比分析。仿真结果表明:相比LQR控制,反馈线性化LQR控制方法对四旋翼飞行仿真器的调节时间更短、超调量更小、抗干扰能力更强,具有更优的控制性能。

四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器设计

针对四旋翼飞行仿真器系统具有多输入、多输出及多变量等特点,设计了一套基于四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器。首先建立四旋翼飞行仿真器系统模型,然后以四旋翼飞行仿真器为控制平台,并以MATLAB/Simulink软件为实验平台,搭建PID控制器和PID神经元网络控制器模型,并分别使用两种控制方法进行实时飞行仿真实验。最后实验结果表明,相比PID控制,PID神经元网络控制方法对四旋翼飞行仿真器的调节时间更短、超调量更小,具有更优的控制性能。

阈值可控型三值忆阻仿真器的设计与实现

忆阻器具有尺寸小、速度快、功耗低等优势,在数字逻辑、数据存储、人工智能等领域具有广泛应用。多值忆阻器的多阻值状态能够提高信息密度、处理更多信号、减小芯片面积、降低电路复杂度,具有非常好的发展前景和研究价值。该文以三值逻辑为例,对多值忆阻器进行了研究,提出了三值忆阻器数学模型,设计了三值忆阻仿真器电路结构。实验结果表明,该设计具有阈值可控功能,软件仿真结果与理论分析一致。硬件电路实验也验证了设计的正确性,为多值忆阻逻辑电路的研究提供了新的思路和方法。

面向多FPGA实时仿真器的资源优化配置方法

“双碳”背景下高比例新能源和电力电子设备的接入给电力系统实时仿真带来了巨大挑战。针对有限计算资源和实时性约束下新型电力系统的高效精确实时仿真,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真计算任务剖分与资源配置方法。首先,从计算资源需求和实际解算用时两个维度,对实时仿真器不同仿真架构下的解算单元和功能模块进行精细化建模,进而建立实时仿真任务的时-空需求模型。在此基础上,建立多FPGA实时仿真器的仿真优化配置模型,以发挥实时仿真器的最佳解算性能为目标,合理剖分大规模复杂仿真任务,优化配置逻辑资源、存储器等各类计算资源。最后,通过IEEE 123节点以及中国某实际配电系统算例测试,验证了所提时-空需求模型的正确性与优化配置方法的有效性。

曼彻斯特编码的微控制器单线仿真器设计

本文为一款带OCDS的8051 MCU设计了一种单线仿真器,采用曼彻斯特编码。该仿真器使用STM32处理器,加上外围电路形成仿真器电路板,然后对STM32进行编程,实现仿真器的软件功能。仿真器负责将主机USB发出的调试命令转换为单线协议,然后发给MCU的OCDS,进而控制MCU的运行。测试结果表明,该仿真器可以对MCU实现软件代码下载、启动与停止、断点设置、单步执行及存储访问等功能,该单线仿真器对其他形式仿真器也具有一定参考价值。

基于微服务的软件信道仿真器架构设计与实现

快速构建第五代移动通信系统多样场景下的无线通信链路依赖于能模拟真实信道环境的信道仿真器.采用容器化、前后端分离以及开放接口技术,基于微服务设计与开发可扩展的软件无线信道仿真器,可实现信道存储、信道回放、信道建模、信道生成、链路级仿真和系统级仿真等功能.该软件信道仿真器具备较好的可扩展性,用户无需在本地安装客户端和数据库,即可通过网页远程访问该软件信道仿真器,实现资源和数据共享.该信道仿真器可为通信系统的设计、验证和研究提供参考.

随钻涡轮仿真器系统设计

目前涡轮发电机已成为井下随钻测量技术(MWD)的标准配置。为保障其工作可靠性,以涡轮特性为研究对象,建立随钻涡轮仿真器以永磁同步电机为主的Simulink模型,对MWD涡轮发电机系统及其工作特性进行仿真设计和研究。搭建了以TMS320F28335为核心的永磁同步电机控制仿真系统,在不同流量下对Simulink模型和系统进行测试,电机转速的输出性能与涡轮特性一致,完成了基于直流电机和DSP的涡轮仿真器设计;比较了直流电机与涡轮模型输出特性,在试验中经过测量得出,当输入流量为5~11 L/s时,涡轮的输出特性有很好体现,由此验证了涡轮仿真器的正确性。所得结论可为涡轮机的后续研究提供参考,对现场操作具有指导意义。

基于FPGA的二值忆阻器仿真器研究及应用

基于FPGA的可重构性,提出了一种基于数字电路的二值忆阻器仿真器。与模拟电路忆阻器仿真器相比,所提出基于数字电路的忆阻器仿真器易于重新配置,与它所基于的数学模型表现出很好的匹配性,符合忆阻器仿真器所有要求的特点。实现了基于该仿真器的与门、或门、加法器及三人表决器。使用Altera Quartus II和ModelSim工具对仿真器功能和基于该仿真器实现的逻辑电路进行验证。给出所有设计电路的原理图、仿真结果和FPGA资源消耗。仿真结果表明,该二值忆阻器仿真器相比其他数字电路忆阻器仿真器具有更少的硬件资源消耗,更适合用于大规模忆阻器阵列研究。

固件开发中的各种仿真器研究

本文仔细分析和讨论了固件开发中需要用到的各种调试接口和仿真器,从接口的种类到仿真器具体应用的角度分别进行了阐述。

一种可支持不同CPU架构的仿真器

为特定指令集进行软件移植通常以某典型架构(如AArch64)为模板进行重构,然而理解并运用不同平台架构的计算机,进行软硬件协同开发较为困难。从计算机架构的基本概念入手阐述了一种可支持不同类型CPU的软件仿真器框架,该框架可模拟不同指令集的运行结果,在一定程度上提高了移植效率。

GloMoSim无线网络仿真器剖析

网络仿真是研究及测试无线网络协议的基本技术。本文对通用无线网络仿真器GloMoSim进行了深入剖析,介绍了GloMoSim仿真器的特点,分析了GloMoSim中节点的层次模型以及该系统中文件的关系,然后详细分析了GloMoSim中仿真的启动、运行和结束过程,说明了该仿真系统中消息的类型,消息的发送与接收过程,最后指出了GloMoSim的几点不足。

实时数字仿真器的应用

介绍电力系统实时数字仿真器(RTDS)的软硬件结构及其应用,阐述该仿真器在常规直流输电与特高压直流输电方面及FACTS(灵活交流输电)方面的应用,包括特高压直流实时仿真研究、直流系统成套设计计算校核、换流站二次系统联合功能及性能测试、直流保护定值校验、为运行部门服务以及轻型直流仿真研究等方面的应用。

PowerTOSSIM无线传感网仿真器剖析

对具备能量意识的无线传感器网络仿真器PoweTOSSIM进行深入剖析,详细分析PowerTOSSIM的仿真原理、体系结构、并发模型,描述仿真运行过程,最后指出PowerTOSSIM存在的几个不足,并从应用程序和仿真器设计两个角度提出改进方案。经验证,改进后的PowerTOSSIM是一个更合理的仿真器。

虚拟手术仿真器技术

虚拟手术仿真器是虚拟现实技术在医学上的一个重要应用。本文较为全面地论述了虚拟外科手术仿真器的研究发展概况，对其需求和关键技术进行了分析，重点讨论了虚拟人体器官组织物理模型的构造技术，为下一步开展虚拟手术仿真器的研制工作打下研究基础。

潜艇六自由度运动仿真器

潜艇水下运动是多姿态的三维空间运动。仿真器要对其进行比较准确地描述和对其运动状态进行动态仿真，其实现技术上的关键是：建立潜艇空间运动微分方程组和六自由度转动平台。本文概述了我们最新研制成功的“潜艇六自由度运动仿真器”的结构概况、动力学模型及实艇修正、转台系统及其数控模型。经试验证明：该仿真器确能逼真地反映潜艇水下运动规律和操纵特点。

石油化工过程仿真器的最新进展

本文综合介绍了国内外石油化工仿真器的最新进展;国内外石油化工企业对仿真系统的需求情况;仿真器硬件和软件特点以及今后的发展动向.

利用混合实时仿真器测试HVDC控制与保护

介绍使用实时数字仿真器 RTDS对 HVDC控制和保护系统进行测试。为获得高精度的阀触发脉冲和高频下的仿真性能 ,采用了先进的混合 HVDC实时仿真器。其中 ,HVDC换流器采用传统的物理模拟装置 ,直流系统和并联的复杂交流系统均采用实时纯数字仿真 ,由 RTDS仿真器实现。该混合实时仿真器被选择用于中国天—广 HVDC工程。基于 HVDC控制和保护系统的测试 ,文中给出了新的混合实时仿真器的结构实现方法和性能校验结果。与 EMTDC计算机仿真结果比较 ,HVDC控制和保护系统的性能得到了校验。

基于电子海图的船舶操纵仿真器

本文主要介绍最近研制的由微机、高分辨率显示器、图形卡、操纵控制箱等组成的基于电子海图船舶操纵仿真器的两个主要技术──船舶操纵数学模型和电子海图技术，最后还介绍了该仿真器在航海实际中的一个应用．在数学模型中，考虑到航海实际的需要，提出了一个适合常速、低速和大漂角等各种情况的水动力计算模型以及四象限舵力和浆力的算法．另外，考虑了浅水、岸壁、风、流、浪的影响及附属操纵设备──拖轮、缆绳、锚链等对船舶的作用．本仿真器的电子海图装置，不仅能实时显示船舶所在海域的海图，动态显示船舶的二维俯视图象及运动姿态、航行轨迹，还可根据需要选择性地放大、缩小海图、显示各种岸基设施，并且可以记录模拟过程中的各种数据，制作航迹图的硬拷贝以及在显示器上再现，以供分析研究．

广域测量系统时延的数字仿真方法及实时数字仿真器实现

根据对广域测量系统(WAMS)中时延产生原因以及实测统计结果的分析,提出了一种WAMS时延的数字仿真方法并给出了实现步骤。仿真过程将基于WAMS的电力系统任务分为软实时任务和硬实时任务,分别采用小步长子流程与大步长子流程同时进行模拟。小步长子流程以单位仿真步长间隔实时输出量测受时延影响的测量值;大步长子流程以WAMS测量步长输出量测受时延影响的测量值及其时标。所提WAMS时延仿真方法的最大优点是:既可以模拟按照特定分布生成的随机时延,也可以依据实测时延数据序列模拟时延;在此基础上还能够模拟数据丢包、粘包、通信失败等各种异常网络状态。最后,在实时数字仿真器(RTDS)中实现了该时延仿真方法,并分别采用随机时延和实测时延进行RTDS试验,仿真结果验证了该方法的有效性。该方法适用于广域控制器受时延影响的理论仿真校验。