基于SQLite的實時動力學(xué)仿真平臺模型數(shù)據(jù)庫開發(fā)

雷英棟

【摘要】本文介紹了SQLite數(shù)據(jù)庫的體系機構(gòu)和技術(shù)特點，結(jié)合虛擬現(xiàn)實環(huán)境實時動力學(xué)仿真平臺對模型進行動力學(xué)仿真所需信息的要求，建立綜合傳動裝置模型數(shù)據(jù)庫。通過調(diào)用SQLite的API函數(shù)，實現(xiàn)實時動力學(xué)仿真平臺與SQLite模型數(shù)據(jù)庫的鏈接。使用準備查詢的方式，實現(xiàn)平臺對模型數(shù)據(jù)庫信息的讀取和調(diào)用，為虛擬環(huán)境下模型的自動裝配和實時動力學(xué)仿真奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】SQLite；綜合傳動裝置；模型數(shù)據(jù)庫；實時動力學(xué)仿真

中圖分類號： TP311.13 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0209-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.092

Development of a Real-time Dynamics Simulation Platform Model Database based on SQLite

LEI Ying-dong

（Jiaxing Vocational Technical College，Jiaxing Zhejiang 314036，China）

【Abstract】This paper introduces the system structure and technical characteristics of SQLite database，and establishes the comprehensive transmission model database by combining with the requirement of the real-time dynamic simulation platform of virtual reality environment for the model dynamic simulation.The real time dynamic simulation platform is connected to the SQLite model database by calling the API function of SQLite.The platform can read and invoke the information of the model database by means of the prepared query，which lays a foundation for the automatic assembly and real-time dynamic simulation of the model in the virtual environment.

【Key words】SQLite；Comprehensive transmission；Model database；Real-time dynamic simulation

0 前言

傳統(tǒng)的對車輛綜合傳動裝置的動力學(xué)研究，針對的主要是子系統(tǒng)或者零部件的動力學(xué)模型的建立和求解，不涉及虛擬裝配的內(nèi)容，更不具備實時性和交互性等特點?；谔摂M裝配的實時動力學(xué)仿真，除了考慮逼真的場景模型，還需要對綜合傳動裝置進行準確的動力學(xué)建模，該模型需要包含如零件幾何信息、基本物理屬性信息等多種信息，以滿足動力學(xué)模型的準確性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)綜合傳動裝置在實時動力學(xué)仿真平臺下進行實時動力學(xué)仿真。

1 SQLite數(shù)據(jù)庫介紹

SQLite是由D.Richard Hipp采用C語言編寫的一款開源的、輕量級的、跨平臺的、嵌入式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。它支持大部分SQL92標準（比如視圖、事務(wù)、觸發(fā)器、BLOB數(shù)據(jù)類型等），支持弱類型數(shù)據(jù)存儲。它的開發(fā)在省去了專用于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的日常費用的同時，同樣可以為應(yīng)用軟件提供方便的數(shù)據(jù)管理。

SQLite擁有一個簡潔的、模塊化的體系結(jié)構(gòu)，并引進了一些獨特的方法進行關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的管理。它由3個子系統(tǒng)中的8個獨立的模塊組成，如圖1所示。這個模塊將查詢過程劃分為幾個獨立的任務(wù)。在體系結(jié)構(gòu)棧的頂部編譯查詢語句，在中部執(zhí)行，在底部處理存儲并與操作系統(tǒng)交互。

SQLite具有如下特點：（1）源代碼開放，移植擴展性好。（2）功能完善，自由共享。（3）簡單易用，可靠性好。（4）字段創(chuàng)建無數(shù)據(jù)類型的限制。

2 實時動力學(xué)仿真平臺

實時動力學(xué)仿真平臺是基于MFC、Vortex、OSG開發(fā)的，針對綜合傳動裝置模型，在虛擬環(huán)境下能夠進行實時動力學(xué)仿真分析的一個平臺。該平臺實現(xiàn)的功能如下：綜合傳動裝置的虛擬裝配，建立準確真實的綜合傳動裝置動力學(xué)模型，對綜合傳動裝置進行實時交互的動力學(xué)仿真。同時該平臺應(yīng)具有良好的開放性，方便后續(xù)對不同型號綜合傳動裝置模型的添加。

實時動力學(xué)仿真平臺總體架構(gòu)如圖2所示：

在該平臺下，為了完成對綜合傳動裝置的虛擬裝配以及準確真實的實時動力學(xué)仿真，需要建立包含多種信息，如零件幾何信息、拓撲信息、層次結(jié)構(gòu)信息、裝配約束信息、基本物理屬性信息、工程設(shè)計信息等的實時動力學(xué)仿真模型。這些信息通過Pro/E軟件的二次開發(fā)，集成SQLite數(shù)據(jù)庫來完成存儲和信息的傳遞。

3 實時動力學(xué)仿真平臺模型數(shù)據(jù)庫開發(fā)

充分運用SQLite數(shù)據(jù)庫的功能，開發(fā)適用于實時動力學(xué)仿真平臺的模型數(shù)據(jù)庫。通過C-API與實時動力學(xué)仿真平臺相連接，實現(xiàn)仿真平臺訪問數(shù)據(jù)庫，獲取零件幾何信息、基本物理屬性信息和裝配約束信息等，完成綜合傳動裝置的虛擬裝配，保證動力學(xué)模型的真實性。

3.1 模型數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)

模型數(shù)據(jù)庫采用標準的三層體系結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)層、中間邏輯實現(xiàn)層（事務(wù)層）和應(yīng)用層（表示層）組成，如圖3所示。

圖3 模型信息數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)層：存儲從Pro/E系統(tǒng)中讀取到的信息，包括零件幾何信息，基本物理屬性信息和裝配約束信息等。邏輯實現(xiàn)層：位于三層結(jié)構(gòu)的事務(wù)層，是整個系統(tǒng)的核心，響應(yīng)客戶端應(yīng)用程序的請求并進行相應(yīng)處理，從數(shù)據(jù)層獲取數(shù)據(jù)再傳送給應(yīng)用程序進行后續(xù)的設(shè)計或分析。應(yīng)用層：提供給用戶對模型數(shù)據(jù)庫進行操作的交互界面，實時動力學(xué)仿真平臺對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的讀取和調(diào)用。

3.2 模型數(shù)據(jù)庫信息描述

根據(jù)多屬性零件的信息結(jié)構(gòu)及綜合傳動裝置的系統(tǒng)分類，在模型信息庫中建立型號信息表、模塊信息表、子裝配體信息表、零件信息表、約束類型信息表、零件基本物理屬性信息表、零件幾何及工程設(shè)計信息表和轉(zhuǎn)動慣量信息表。下面以變速機構(gòu)模塊為例進行說明。數(shù)據(jù)表之間的相互關(guān)系通過主鍵和外鍵的建立來表示，如圖4所示。

3.3 數(shù)據(jù)表中信息的獲取

為了能夠獲取數(shù)據(jù)表中的信息，需要在VC環(huán)境下調(diào)用API連接數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)信息進行查詢篩選，以獲得進行實時動力學(xué)仿真所需的零件各類信息。SQLite提供了三種獲取表中數(shù)據(jù)的方法，分別是：①執(zhí)行查詢，回調(diào)方式獲得表中數(shù)據(jù)。②獲取表（下轉(zhuǎn)第215頁）（上接第210頁）查詢，獲得表中數(shù)據(jù)。③準備查詢，獲得表中數(shù)據(jù)。本文采用準備查詢獲得表中數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的傳遞。具體實現(xiàn)過程如下

首先，使用sqlite3_open（）函數(shù)，打開數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建一個連接對象；其次，使用sqlite3_prepare_v2（）函數(shù)，準備一個statement，接收SQL語句，并將其編譯為虛擬數(shù)據(jù)庫引擎（VDBE）可讀的字節(jié)碼；接著，使用sqlite3_step（）函數(shù)，接收語句句柄并直接與VDBE通信，生成執(zhí)行SQL語句的一個有一個步驟的字節(jié)碼指令，直到游標到達結(jié)果集末尾；完成執(zhí)行后，使用sqlite3_finalize（）函數(shù)，釋放資源；最后，由sqlite3_close（）函數(shù)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接。

4 結(jié)語

本文結(jié)合實時動力學(xué)仿真平臺，分析了實時動力學(xué)仿真對模型信息的要求。同時，介紹了SQLite數(shù)據(jù)庫的體系機構(gòu)和技術(shù)特點，在此基礎(chǔ)上建立了綜合傳動裝置模型數(shù)據(jù)庫，在模型數(shù)據(jù)庫中建立了型號信息表、模塊信息表、子裝配體信息表、零件信息表、約束類型信息表、零件基本物理屬性信息表、零件幾何及工程設(shè)計信息表和轉(zhuǎn)動慣量信息表。

通過調(diào)用SQLite的C-API函數(shù)，實現(xiàn)了實時動力學(xué)仿真平臺與SQLite模型數(shù)據(jù)庫的連接，并且使用準備查詢的方式，實現(xiàn)平臺對模型數(shù)據(jù)庫信息的讀取和調(diào)用，為實現(xiàn)虛擬環(huán)境下模型的自動裝配和實時動力學(xué)仿真奠定了基礎(chǔ)，為實時動力學(xué)仿真提供了新思路。

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