CN106250628A - 稳瞄控制组合故障仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稳瞄控制组合故障仿真系统，主要由总线控制电路、FPGA数字系统、单片机控制器、程控调理电路、接口适配电路、串口通信模块、供电系统以及各类装备电缆组成，所述FPGA数字系统包括通用故障控制模块，主要由SOPC控制系统、供电系统、单片机控制器、串行通讯模块、I/O驱动模块、调试按键及LED指示模块以及插座等组成，其中所述SOPC控制系统主要由FPGA数字芯片1C6PQ240C8、串行配置芯片EPCS4、50MHz晶振、滤波电容以及相关插座等组成。本发明提供的稳瞄控制组合故障仿真系统，通过信号的多次映射与传递，形成的是由内及外发生的、维数不定的故障，满足故障仿真的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种稳瞄控制组合故障仿真系统，尤其涉及一种用于实现环节及传递关系模型的稳瞄控制组合故障仿真系统，属于激光测距领域。
背景技术
随着科学技术的高速发展，设备的检测呈现出功能综合、技术先进、结构复杂、价格昂贵、更新换代快等特点，因此对设备检测人员的能力提出了更高的要求。基于故障仿真的检测技术通过获取系统在测试条件下故障状态的响应输出，并以此为基础设计系统完成故障单元的自动检测，具有检测效率高、故障定位精确等特点；基于半实物仿真的设备保障方式采用一定的方法实现各类故障的仿真，解决了实装训练中故障设置困难、维修人员缺少故障排除练习机会等难题，具有真实感强、与实装接近、成本低等特点。建模是仿真的基础，仿真是建模的重要目的之一，二者是密不可分的。系统建模是通过对实际系统的分析或观测，在忽略次要因素的基础上用数学或物理的方法进行描述，从而获得与实际系统近似或简化的模型。所建立的模型，实际上是根据研究目的而确立的模型，是对系统某一方面本质属性的抽象描述。而仿真是利用模型再现实际系统中发生的本质过程，实质就是对模型的运转，应用于系统的测试、分析或训练，系统可以是真实系统或由模型实现的真实和概念系统。
故障建模最初是在故障诊断中提出的概念，是对系统中各类失效模式建立故障模型的过程。故障建模技术作为故障诊断技术的基础，伴随着故障诊断技术的发展，故障建模技术不断得到发展，应用对象也逐渐扩大。按照建模方法分，现有基本模型主要有定量模型、定性模型、因果依赖模型、结构模型、多信号流图模型等。
系统建模仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对实际的或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估和维护活动的一门多学科的综合性技术。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种稳瞄控制组合故障仿真系统。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种稳瞄控制组合故障仿真系统，主要由总线控制电路、FPGA数字系统、单片机控制器、程控调理电路、接口适配电路、串口通信模块、供电系统以及各类装备电缆组成，所述FPGA数字系统包括通用故障控制模块，主要由SOPC控制系统、供电系统、单片机控制器、串行通讯模块、I/O驱动模块、调试按键及LED指示模块以及插座等组成，其中所述SOPC控制系统主要由FPGA数字芯片1C6PQ240C8、串行配置芯片EPCS4、50MHz晶振、滤波电容以及相关插座等组成；所述供电系统采用外部直流24V电源统一供电，并通过DC/DC电源模块及LM1117电源芯片将电源电压转换为系统所需的±15V、5V、3.3V和1.5V；所述串行通讯模块主要由ATmega8单片机、MAX485芯片、开关、晶振以及相关插座等组成；所述I/O驱动模块由驱动芯片74ALVC164245组成；所述按键及LED指示模块主要由调试按键、拨码开关以及发光二极管组成。
优选地，上述FPGA数字系统可实现各类状态寄存和状态控制，结合设计相关的程控外设调理电路及控制总线，实现了信号的多模态柔性转换。
优选地，上述SOPC控制系统，通过相应的VHDL编程设计，可实现各类时序、逻辑以及状态控制。
优选地，上述供电系统具有防反接保护功能。
优选地，上述串行通讯模块主要用于实时接收PC机控制端发送的故障代码，将解析后的故障代码送至SOPC控制系统。
优选地，上述I/O驱动模块用于驱动SOPC系统输出的各类控制信号，减小其输出阻抗以提高驱动能力。
优选地，上述按键及LED指示模块用于系统调试和各类状态显示。
本发明从稳瞄控制组合的结构及工作原理出发，通过对比稳瞄控制组合环节及传递关系模型及故障模型与故障调理板可以发现：在正常状态下，按照基本模型中所定义的映射效果及传递过程，各类仿真信号在对应的物理仿真电路模型中依次作用下去和传播开来，以模拟仿真对象在正常工作状态下的功能实现；在故障状态下，依据故障模型中所定义的故障环节映射方式，通用故障控制模块按照故障代码发送各类状态控制信号，从而控制各类故障调理电路模型的故障映射作用效果，所产生的故障信号依据传递关系依次传播下去，最终导致故障现象的发生，所仿真的故障是通过信号的多次映射与传递，形成的是由内及外发生的、维数不定的故障，满足故障仿真的要求。
附图说明
图1为本发明稳瞄控制组合故障仿真系统结构示意图；
图2为本发明通用控制模块总体框图；
图3为本发明供电系统电路图；
图4为本发明串行通讯模块电路图；
图5为本发明I/O驱动模块电路图。
具体实施方式
本发明提供一种稳瞄控制组合故障仿真系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开的稳瞄控制组合故障仿真系统，主要由总线控制电路、FPGA数字系统、单片机控制器、程控调理电路、接口适配电路、串口通信模块、供电系统以及各类装备电缆组成，如图1所示。
稳瞄控制组合部件仿真设计的核心是FPGA数字系统，通过设计FPGA通用故障控制模块，可实现各类状态寄存和状态控制，结合设计相关的程控外设调理电路及控制总线，实现了信号的多模态柔性转换，不仅可完成稳瞄控制组合基本模型的常态模拟仿真外，还可以通过故障注入设置各类故障模态，即完成故障环节及传递关系模型的半实物仿真。
稳瞄控制组合的仿真原理为：当由单片机控制器和适配电路模拟的计算机发出操控信号、方式信号以及上电信号后，FPGA控制模块一方面产生稳瞄控制过程中所需的时序控制信号，同时另一方面接收串行通信模块发送的故障代码，根据故障代码来实时调整状态寄存器的状态（常态/故障）以及转换相应的逻辑，最终发出各类状态控制信号来控制程控外设调理电路输出相应的电信号，通过接口适配连接至装备电缆，使得稳瞄控制组合产生各类供维修检测使用的端口信号。稳瞄控制组合仿真系统不仅模拟了部件的稳瞄控制功能，而且模拟了稳瞄控制组合的各类故障状态，满足维修训练故障仿真的需求。
用控制模块主要由SOPC控制系统、供电系统、单片机控制器、串行通讯模块、I/O驱动模块、调试按键及LED指示模块以及插座等组成，其结构框图如图2所示。
系统采用外部直流24V电源统一供电，并通过DC/DC电源模块及LM1117电源芯片将电源电压转换为系统所需的±15V、5V、3.3V和1.5V，供电系统具有防反接保护功能，其电路结构如图3所示。
SOPC控制系统主要由FPGA数字芯片1C6PQ240C8、串行配置芯片EPCS4、50MHz晶振、滤波电容以及相关插座等组成。SOPC控制系统，通过相应的VHDL编程设计，可实现各类时序、逻辑以及状态控制，是通用控制模块的核心部分。
串行通讯模块主要由ATmega8单片机、MAX485芯片、开关、晶振以及相关插座等组成，其电路结构如图4所示。主要用于实时接收PC机控制端发送的故障代码，将解析后的故障代码送至SOPC控制系统。
I/O驱动模块由驱动芯片74ALVC164245组成，其电路结构如图5所示。用于驱动SOPC系统输出的各类控制信号，减小其输出阻抗以提高驱动能力。
按键及LED指示模块主要由调试按键、拨码开关以及发光二极管组成，用于系统调试和各类状态显示。
本发明提供的稳瞄控制组合故障仿真系统，通过对比稳瞄控制组合环节及传递关系模型及故障模型与故障调理板可以发现：在正常状态下，按照基本模型中所定义的映射效果及传递过程，各类仿真信号在对应的物理仿真电路模型中依次作用下去和传播开来，以模拟仿真对象在正常工作状态下的功能实现；在故障状态下，依据故障模型中所定义的故障环节映射方式，通用故障控制模块按照故障代码发送各类状态控制信号，从而控制各类故障调理电路模型的故障映射作用效果，所产生的故障信号依据传递关系依次传播下去，最终导致故障现象的发生，所仿真的故障是通过信号的多次映射与传递，形成的是由内及外发生的、维数不定的故障，满足故障仿真的要求。环节及传递关系模型及故障模型的构建，为稳瞄控制组合维修训练故障仿真系统的设计与实现提供了可靠的途径。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述仿真系统主要由总线控制电路、FPGA数字系统、单片机控制器、程控调理电路、接口适配电路、串口通信模块、供电系统以及各类装备电缆组成，所述FPGA数字系统包括通用故障控制模块，主要由SOPC控制系统、供电系统、单片机控制器、串行通讯模块、I/O驱动模块、调试按键及LED指示模块以及插座等组成，其中所述SOPC控制系统主要由FPGA数字芯片1C6PQ240C8、串行配置芯片EPCS4、50MHz晶振、滤波电容以及相关插座等组成；所述供电系统采用外部直流24V电源统一供电，并通过DC/DC电源模块及LM1117电源芯片将电源电压转换为系统所需的±15V、5V、3.3V和1.5V；所述串行通讯模块主要由ATmega8单片机、MAX485芯片、开关、晶振以及相关插座等组成；所述I/O驱动模块由驱动芯片74ALVC164245组成；所述按键及LED指示模块主要由调试按键、拨码开关以及发光二极管组成。
2.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述FPGA数字系统可实现各类状态寄存和状态控制，结合设计相关的程控外设调理电路及控制总线，实现了信号的多模态柔性转换。
3.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述SOPC控制系统，通过相应的VHDL编程设计，可实现各类时序、逻辑以及状态控制。
4.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述供电系统具有防反接保护功能。
5.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述串行通讯模块主要用于实时接收PC机控制端发送的故障代码，将解析后的故障代码送至SOPC控制系统。
6.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述I/O驱动模块用于驱动SOPC系统输出的各类控制信号，减小其输出阻抗以提高驱动能力。
7.如权利要求1所述的稳瞄控制组合故障仿真系统，其特征在于：所述按键及LED指示模块用于系统调试和各类状态显示。
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