CN107797463A - 一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法 - Google Patents

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张琴
甘帅奇
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Abstract

本发明属于船舶模拟实验平台领域，并公开了一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法。该方法包括：(a)采集船舶运实际数据构建数学模型，并对模型进行校验和调整；(b)预设船舶速度，利用仿真模型计算获得电机组参数的期望值，并传送给仿真机；(c)实时仿真机收到指令并调节电机组按照期望值运行，电机组反馈实际值信号给实时仿真机并传送给输入模块，输入模块将实际值信号编译为CPU可识别信息，利用仿真模型计算获得所需船舶速度，由此实现电机组参数的闭环控制，进而完成仿真过程。通过本发明，避免全数字仿真带来的仿真模型不准确性，与真实试验环境相似度高、硬件响应快速，实时性高、经济高效，为实际研究提供指导。

Description

一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法
技术领域
本发明属于船舶模拟实验平台领域，更具体地，涉及一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法。
背景技术
日益激烈的市场竞争对产品面市时间和新品开发速度都提出了更高的要求和挑战，同时对产品可靠性和稳定性的要求也日益增加。目前许多控制系统和电子系统的设计方法仍然是完全基于软件仿真的开发过程，由于开发过程中只实现系统结构及原理、算法的验证，最终样机硬件系统性能难以保证，一方面系统硬件部分未进行仿真测试，另一方面往往会出现软件代码甚至代码运行硬件环境不可靠等问题，最终导致项目周期和成本增加，甚至还可能导致项目以失败告终。而传统的实验平台也会受到多方面的制约，主要有：平台建设初始投资大，需要购置多种实验设备，建设周期长，难以改变实验参数，会消耗大量资源，产生污染，维修保养费用较高。半实物仿真技术的出现彻底改变了过去的开发方法，在系统开发的初期阶段就引入可靠性高的实时软/硬件环境做技术保障，并贯穿于整个系统研发过程中，满足现代控制系统和电子系统高效、精确、快速的设计要求，从而最大限度减少样机系统试制次数，提高设计和开发效率。
硬件在回路半实物仿真与试验是目前国内外控制系统设计和验证的常用的一种试验分析方法，它将仿真计算机与实时控制有机的结合在一起，将硬件系统代替数学模型可避免纯数字系统的非线性、部件或数学模型不准确以及外界干扰不确定等因素的影响，可以真实地反映实际系统的内部特征和运行情况，故半实物仿真的试验方法可极大地提高控制系统的设计和验证效率。
中国发明专利说明书CN104730937A中也公开了半实物仿真系统及半实物仿真方法，该系统包括实物设备；为所述实物设备提供仿真工作环境的物理效应设备；数据传输设备；以及通过所述数据传输设备分别与所述实物设备、所述物理效应设备建立连接的仿真激励设备；在所述初始化完成之后,运行所述仿真模型,利用所述仿真初始参数,结合所述实物设备以及所述物理效应设备进行半实物仿真。中国发明专利说明书CN103064298A中公开了一种半实物仿真实验系统，系统主要包括管理层、控制层和设备层。控制系统向下直接连接所述设备层的传感器和执行器,以及输入/输出信号,向上通过网络与所述管理层的仿真计算机相连,将采集的数据以及对象设备的状态信号发送给仿真计算机,同时根据仿真计算机的仿真实验数据输出进行相关的控制策略计算和控制动作的执行。上述两种平台是基于Windows的手动编程，仿真模型的建立与实现较为复杂。因此上述两个专利相对于半实物仿真环境缺少一定的开发效率和实时性要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法，通过对电机组的闭环控制，为船舶电力推进系统研究者和设计人员提供了一种非实际工况条件下模拟真实工况的试验环境，旨在还原真实系统中不能通过数学方法进行精确描述的硬件环节，由此解决半实物仿真环境的开发效率低和实时性差的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法，该模拟实验平台包括依次连接的开发主机、实时仿真机和电机组，其中，开发主机中包括上位机CPU以及输入和输出模块，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)针对被模拟的船舶，采集实际工况中推进器参数和船舶速度的实际值，根据二者的关系构建相应的数学模型，其中，该模型中推进器参数实际值作为输入量，船舶速度实际值作为输出量；
针对与所述船舶相对应的模拟试验平台，采集该模拟试验平台中电机组参数试验值，将其作为所述数学模型的输入量，由此获得对应的仿真模型；
(b)预设船舶速度，利用所述仿真模型计算获得所述电机组参数的计算值，该计算值即为电机组参数的期望值，该期望值通过所述上位机CPU传递给所述输出模块，该输出模块将其编译为所述实时仿真机可识别的指令，并将该指令传送给所述实时仿真机；
(c)所述实时仿真机收到来自输出模块的指令，并通过该指令调节所述电机组按照所述期望值运行，该电机组运行的同时将其参数的当前实时值反馈给所述实时仿真机，该实时仿真机通过输入模块将电机组参数的当前实时值反馈给所述仿真模型，由该仿真模型计算获得所需的被模拟船舶速度，其中，将所述电机组实时值反馈给所述仿真模型实现了所述模拟试验平台的闭环控制，使得该模拟试验平台仿真方法具有实时性。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述仿真模型优选包括进速比子系统模型、推力子系统模型、转矩系数子系统模型、推力减额系数子系统模型、伴流系数子系统模型、有效推力子系统模型、船速子系统模型、螺旋桨转矩子系统模型。
进一步优选地，所述电机参数优选包括电机的电压、电流和转速。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的仿真方法的实现，提高了半实物仿真的开发效率，同时满足半实物仿真对实时性的要求；
2、本发明的仿真方法比数学仿真更接近实际，把部件放到系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，因此是提高系统设计可靠性和研制质量的必要手段；
3、本发明的仿真方法获得较理想的共享内存块数，并可以保证进程间数据交换的正确性,减少了系统资源的浪费,提高了系统的性能；
4、本发明提供的仿真方法中采用缩比模型的方式减小了试验平台的占用空间，同时保证了与真实系统的相似性和实时性，试验过程基本没有噪声污染，无环境污染，无水、油消耗，环保型更好；
5、本发明的半实物仿真环境是一种新的仿真环境，解决了采用PC或专用工作站作为仿真计算机导致的硬件输入/输出接口数目受限、难以扩展、通用性差的问题。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的仿真方法的流程图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的多轴电力推进半实物模拟试验平台结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图2是按照本发明的优选实施例所构建的多轴电力推进半实物模拟试验平台结构示意图，如图2所示，该模拟实验平台包括依此连接的开发主机、实时仿真机和电机组，其中，开发主机中包括上位机CPU、输入和输出模块。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的仿真方法的流程图，如图1中所示，如图1所示，该模拟实验平台的仿真方法为：在上位机CPU中建立数学模型，通并初步验证模型及算法正确性和合理性；硬件输入/输出模块，连接底层硬件通信链路，搭建半实物在回路仿真系统模型；完成监控终端电机组模型参数配置，并生成仿真代码；在所搭建的半实物仿真环境下，电机组运行，与真实接入设备通过输入/输出硬件进行交互；仿真进行中，电机组进行实时数据存储，硬件系统执行状态显示。
半实物仿真实验环境，实验环境主要包括支持各上位机CPU、输入/输出模块库、实时仿真机、电机组的VxWorks系统，可以基于各类实时仿真软件(如：Simulink等)搭载数字模型并进行初步数字仿真，接入实物和半实物仿真目标机，配置参数，耦合数字模型和半实物仿真平台。
模拟实验平台中的主控软件可以与各类实时仿真软件(如：Simulink)进行交互，完成仿真软件中模型文件到实时仿真目标机的导入，建立对应的仿真工程并进行管理，完成仿真初始化配置，对仿真数据进行管理，主要用于管理仿真运行，具体包括：实时仿真全过程管理，仿真工程管理，模型解析与配置，模型参数管理，模型变量监视，仿真数据管理，目标机状态监视，支持多种连接机制，集成FTP客户端等；
输入/输出模块库，对纯数字仿真工具箱进行补充和扩展，提供系统中所用输入/输出硬件的仿真软件封装模块，使用户能够将硬件输入/输出功能集成到纯数字仿真模型中，以便在仿真软件中模型直接调用并进行简单的参数配置，设计硬件在回路半实物仿真模型。
实时仿真机运行于实时仿真目标机，为仿真模型提供实时运行环境，具体包括：仿真机启停控制、FTP文件传输服务、数据通讯服务、数据存储服务、模型调度服务等。
电机组可以根据实际需求任意增加运动控制卡，可以运行各种实时操作系统(如：VxWorks操作系统)，具有优异的中断响应能力及硬实时特性，能保证关键任务执行的确定性、可靠性，方便地对底层软件进行扩展开发及调试。
本发明构建的仿真方法的过程如下：
首先根据仿真对象建立全数字仿真数学模型，进行仿真，验证模型正确性与合理性，根据仿真结果对模型进行初步修改，确定仿真模型中的重要参数，主要包括仿真船舶多轴电力推进轴数、船舶尺度参数等增加输入/输出模块和配置模型参数。
通过增加输入/输出模块并配置模块参数实现模型与底层执行机构硬件之间的通信，为硬件在回路实验提供基本的软件基础，利用各类语言(譬如C语言、C++语言或VB语言等)所编写的上位机监控软件支持的所有硬件输入/输出均集成到全数字仿真模块库之下，通过监控计算机终端操作，即可通过添加输入/输出模块完成对原仿真模型的改造。
参数配置，根据仿真需要设置半实物仿真开始结束时间，监控参数初始化及显示空间分配，可调参数初始化及空间分配，编译生成的代码设置为实时仿真机可识别的代码，并从上位机下载到下位机，配置完成后，进行自动编译，系统将基于底层计算机语言的仿真对象模型自动编译为目标机可执行的代码文件，编译过程将在实时仿真软件中显示。
模型的仿真控制采用基于模型的仿真控制，在监控终端仿真软件中建立工程树并选择仿真对象模型，通过软件中菜单栏或工具栏的相关操作对模型进行启动，必要时可进行系统仿真过程暂停、停止及重启目标机等控制，其中启动控制包括下载模型到目标机、进行参数预设、启动模型等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法，该模拟实验平台包括依次连接的开发主机、实时仿真机和电机组，其中，开发主机中包括上位机CPU以及输入和输出模块，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)针对被模拟的船舶，采集实际工况中推进器参数和船舶速度的实际值，根据二者的关系构建相应的数学模型，其中，该模型中推进器参数实际值作为输入量，船舶速度实际值作为输出量；
针对与所述船舶相对应的模拟试验平台，采集该模拟试验平台中电机组参数试验值，将其作为所述数学模型的输入量，由此获得对应的仿真模型；
(b)预设船舶速度，利用所述仿真模型计算获得所述电机组参数的计算值，该计算值即为电机组参数的期望值，该期望值通过所述上位机CPU传递给所述输出模块，该输出模块将其编译为所述实时仿真机可识别的指令，并将该指令传送给所述实时仿真机；
(c)所述实时仿真机收到来自输出模块的指令，并通过该指令调节所述电机组按照所述期望值运行，该电机组运行的同时将其参数的当前实时值反馈给所述实时仿真机，该实时仿真机通过输入模块将电机组参数的当前实时值反馈给所述仿真模型，由该仿真模型计算获得所需的被模拟船舶速度，其中，将所述电机组实时值反馈给所述仿真模型实现了所述模拟试验平台的闭环控制，使得该模拟试验平台仿真方法具有实时性。
2.如权利要求1所述的一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述仿真模型优选包括进速比子系统模型、推力子系统模型、转矩系数子系统模型、推力减额系数子系统模型、伴流系数子系统模型、有效推力子系统模型、船速子系统模型、螺旋桨转矩子系统模型。
3.如权利要求1所述的一种多轴电力推进半实物模拟试验平台的仿真方法，其特征在于，所述电机参数优选包括电机的电压、电流和转速。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108491638A (zh) * 2018-03-26 2018-09-04 福州大学 基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统
CN110119097A (zh) * 2019-04-08 2019-08-13 上海机电工程研究所 武器系统半实物仿真数据相似性检验方法
CN111045424A (zh) * 2019-11-28 2020-04-21 青岛海狮网络科技有限公司 一种智能船舶决策指令解读模块的测试系统
CN111308910A (zh) * 2020-02-25 2020-06-19 上海科梁信息工程股份有限公司 电力系统仿真教学平台
CN111949365A (zh) * 2019-05-17 2020-11-17 中车株洲电力机车研究所有限公司 离线仿真方法及计算机存储介质
CN113655733A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 中车长春轨道客车股份有限公司 一种轨道交通车辆计轴器磁场emc半实物仿真方法
CN113821874A (zh) * 2021-09-24 2021-12-21 江南造船(集团)有限责任公司 基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4669318A (en) * 1984-03-29 1987-06-02 Nils G. Engstrom Apparatus for dynamometer testing of motor vehicles
CN104317993A (zh) * 2014-10-16 2015-01-28 哈尔滨工程大学 一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台
CN104965466A (zh) * 2015-07-08 2015-10-07 北京理工大学 一种直流电机控制教学实验系统
CN105867171A (zh) * 2016-05-23 2016-08-17 哈尔滨工程大学 船舶多桨推进模拟系统
CN106627989A (zh) * 2016-11-11 2017-05-10 哈尔滨工程大学 一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置及其控制方法
CN107290979A (zh) * 2017-07-01 2017-10-24 华中科技大学 一种多轴电力推进半实物模拟试验平台

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4669318A (en) * 1984-03-29 1987-06-02 Nils G. Engstrom Apparatus for dynamometer testing of motor vehicles
CN104317993A (zh) * 2014-10-16 2015-01-28 哈尔滨工程大学 一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台
CN104965466A (zh) * 2015-07-08 2015-10-07 北京理工大学 一种直流电机控制教学实验系统
CN105867171A (zh) * 2016-05-23 2016-08-17 哈尔滨工程大学 船舶多桨推进模拟系统
CN106627989A (zh) * 2016-11-11 2017-05-10 哈尔滨工程大学 一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置及其控制方法
CN107290979A (zh) * 2017-07-01 2017-10-24 华中科技大学 一种多轴电力推进半实物模拟试验平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈巨涛 等: "船舶电力推进动态负荷仿真系统的设计", 《上海造船》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108491638A (zh) * 2018-03-26 2018-09-04 福州大学 基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统
CN110119097A (zh) * 2019-04-08 2019-08-13 上海机电工程研究所 武器系统半实物仿真数据相似性检验方法
CN110119097B (zh) * 2019-04-08 2021-08-17 上海机电工程研究所 武器系统半实物仿真数据相似性检验方法
CN111949365A (zh) * 2019-05-17 2020-11-17 中车株洲电力机车研究所有限公司 离线仿真方法及计算机存储介质
CN111045424A (zh) * 2019-11-28 2020-04-21 青岛海狮网络科技有限公司 一种智能船舶决策指令解读模块的测试系统
CN111045424B (zh) * 2019-11-28 2023-08-11 青岛海狮网络科技有限公司 一种智能船舶决策指令解读模块的测试系统
CN111308910A (zh) * 2020-02-25 2020-06-19 上海科梁信息工程股份有限公司 电力系统仿真教学平台
CN111308910B (zh) * 2020-02-25 2024-04-16 上海科梁信息科技股份有限公司 电力系统仿真教学平台
CN113655733A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 中车长春轨道客车股份有限公司 一种轨道交通车辆计轴器磁场emc半实物仿真方法
CN113655733B (zh) * 2021-09-09 2023-09-29 中车长春轨道客车股份有限公司 一种轨道交通车辆计轴器磁场emc半实物仿真方法
CN113821874A (zh) * 2021-09-24 2021-12-21 江南造船(集团)有限责任公司 基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质

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