CN111610726A - 一种仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿真测试系统及方法，通过上位机将列车运行指令下发至被控对象仿真平台，被控对象仿真平台中与列车运行指令相关的被控对象模型产生与列车运行指令相关的运行动作后，将与运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；控制系统控制器依据状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对被控对象模型的控制指令，并将控制指令返回给被控对象仿真平台；由于控制系统控制器为整车中的控制器，上述过程实现了对列车控制系统中的真实控制器进行直接仿真测试的目的，并非对模拟的控制器模型进行仿真测试，从而上位机能够依据反馈信息，得到对列车控制系统中真实控制器进行仿真测试的结果，实现对列车真实控制器进行系统性测试的目的。

Description

一种仿真测试系统及方法

技术领域

本发明涉及仿真测试技术领域，更具体的说，是涉及一种仿真测试系统及方法。

背景技术

列车控制系统是保证列车安全运行的关键系统，为了提高列车控制系统中控制算法可靠性、完整性等，在列车控制系统投入运行之前，需要对列车控制系统的相关功能、特性以及控制能力等进行仿真测试，目前采用的都是离线的仿真测试方式，而离线的仿真测试方式无法实现对列车真实控制器进行系统性测试。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种仿真测试系统及方法，以克服现有技术中的仿真测试方式无法实现对列车真实控制器进行系统性测试的问题。

一种仿真测试系统，所述仿真测试系统至少包括：上位机、被控对象仿真平台以及控制系统控制器；所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器为整车中的控制器；

所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；

所述控制系统控制器用于依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台；

在所述上位机将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台之后，所述上位机还用于从所述被控对象仿真平台中接收包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息，并对所述反馈信息进行分析，得到仿真测试结果。

优选的，所述被控对象仿真平台中包括：半实物仿真器以及现场可编程逻辑门阵列FPGA仿真器，所述半实物仿真器中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型。

优选的，所述控制系统控制器至少包括：运控系统控制器以及牵引系统控制器，所述运控系统控制器以及所述牵引系统控制器两者之间具有互相通信功能；

所述运控系统控制器用于对所述半实物仿真器中被控对象模型的运行进行控制；

所述牵引系统控制器用于对所述FPGA仿真器中被控对象模型的运行进行控制。

优选的，所述半实物仿真器中至少包括I/O板卡，所述半实物仿真器中的I/O板卡用于与所述运控系统控制器进行I/O信号连接；

所述FPGA仿真器中至少包括I/O板卡，所述FPGA仿真器中的I/O板卡用于与所述牵引系统控制器进行I/O信号连接。

优选的，所述半实物仿真器中设置的被控对象模型至少包括：

线路模型、车载运控接口模型、道岔模型以及车地通讯模型；

所述FPGA仿真器中设置的被控对象模型至少包括：

变压器模型1/2、整流器模型1/2、制动斩波器1/2、逆变器1/2、变压器模型3/4、整流器模型3/4、制动斩波器3/4、逆变器3/4、馈电电缆模型与定子开关站模型以及直线电机模型。

优选的，所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台具体包括：

所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台中的半实物仿真器。

优选的，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器具体包括：

所述半实物仿真器中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器；

和/或；

所述FPGA仿真器中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器。

一种仿真测试方法，所述仿真测试方法应用于仿真测试系统中的被控对象仿真平台，所述仿真测试系统还包括：上位机以及控制系统控制器，所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器为整车中的控制器；所述仿真测试方法包括：

从所述上位机中接收列车运行指令；

控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器，所述状态信息是所述控制系统控制器依据自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令的基础；

接收所述系统控制器发送的所述控制指令；

将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机，所述反馈信息为所述上位机进行分析并得到仿真测试结果的依据。

优选的，在所述被控对象仿真平台中包括：半实物仿真器以及FPGA仿真器，所述半实物仿真器中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型，所述控制系统控制器至少包括：运控系统控制器以及牵引系统控制器，所述运控系统控制器以及所述牵引系统控制器两者之间具有互相通信功能的情况下，所述控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器包括：

所述半实物仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器；

和/或；

所述FPGA仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器。

优选的，所述接收所述系统控制器发送的所述控制指令包括：接收所述运控系统控制器和/或所述牵引系统控制器发送的所述控制指令。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种仿真测试系统及方法，仿真测试系统至少包括：上位机、被控对象仿真平台以及控制系统控制器；所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；通过上位机将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作后，将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；所述控制系统控制器依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台；由于所述控制系统控制器为整车中的控制器，也就是所述控制系统控制器为列车控制系统中的真实控制器，因此，上述过程实现了对列车控制系统中的真实控制器进行直接仿真测试的目的，并非对模拟的控制器模型进行仿真测试，从而被控对象仿真平台将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机之后，上位机能够依据反馈信息，得到对列车控制系统中真实控制器进行仿真测试的结果，实现对列车真实控制器进行系统性测试的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的仿真测试系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的另一种仿真测试系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的另一种仿真测试系统的结构框图；

图4为本发明实施例提供的仿真测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

高速磁浮列车控制系统是保证列车安全运行的关键系统，为了提高高速磁浮列车控制系统的控制精度，在高速磁浮列车控制系统投入运行之前，需要对高速磁浮列车控制系统的相关功能、特性以及控制能力等进行仿真测试，目前采用的都是离线仿真测试方式，主要是搭建被控对象的物理模型以及真实控制系统对应的控制算法模型，采用物理模型以及控制算法模型进行仿真测试。

由于离线仿真不能够模拟真实控制系统与外围电路的电信号配合，也不能模拟真实控制系统与网络总线信号的交互，因而离线的仿真测试方式无法实现对列车真实控制器进行系统性测试。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出一种仿真测试系统及方法，仿真测试系统至少包括：上位机、被控对象仿真平台以及控制系统控制器；所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；通过上位机将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作后，将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；所述控制系统控制器依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台；由于所述控制系统控制器为整车中的控制器，也就是所述控制系统控制器为列车控制系统中的真实控制器，因此，上述过程实现了对列车控制系统中的真实控制器进行直接仿真测试的目的，并非对模拟的控制器模型进行仿真测试，从而被控对象仿真平台将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机之后，上位机能够依据反馈信息，得到对列车控制系统中真实控制器进行仿真测试的结果，实现对列车真实控制器进行系统性测试的目的。

下面对本发明实施例提供的仿真测试系统进行介绍，图1为本发明实施例提供的仿真测试系统的结构框图，如图1所示，所述仿真测试系统至少包括：上位机11、被控对象仿真平台12以及控制系统控制器13；所述被控对象仿真平台12中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器13为整车中的控制器，其运行算法以及外部接口与实际整车一致；

所述上位机11用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台12，所述被控对象仿真平台12中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器13；

所述控制系统控制器13用于依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台12；

在所述上位机11将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台12之后，所述上位机11还用于从所述被控对象仿真平台12中接收包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台12与所述控制系统控制器13之间的信息交互数据的反馈信息，并对所述反馈信息进行分析，得到仿真测试结果。

可选的，所述上位机11与所述被控对象仿真平台12之间可以通过以太网进行连接，所述被控对象仿真平台12与所述控制系统控制器13之间通过实际电气接口进行连接。

可选的，所述上位机11为安装有Windows操作系统的计算机，加载有被控对象仿真平台模型以及仿真测试系统监控界面。被控对象仿真平台模型用于对被控对象仿真平台12的搭建与编辑，仿真测试系统监控界面为对仿真测试系统实现实时数据监控，具体可以监控仿真测试系统的运行情况和关键指标参数，从而使得技术人员依据监控数据来快速判断控制系统控制器13的算法是否合理，是否可靠。

具体的，在进行正式的仿真测试之前，技术人员会在上位机11上搭建被控对象仿真平台模型，然后将搭建好的被控对象仿真平台模型下载到被控对象仿真平台中，使得被控对象仿真平台利用搭建好的模型进行仿真测试。

所述仿真测试系统监控界面可用半实物仿真监控软件实现，本发明实施例并不做具体限定。所述被控对象仿真平台模型可以采用图形化建模工具实现，本发明实施例并不做具体限定。

可选的，技术人员通过上位机11可以修改被控对象仿真平台12中的各被控对象模型，使其更接近需要测试的真实的列车特性，例如：通过上位机软件和控制面板修改模型逻辑机制，优化电机电阻、电感等参数等，然后通过以太网将修改好的模型下载至被控对象仿真平台。

控制系统控制器13根据被控对象仿真平台12发送的状态信息(如速度、位置、状态反馈等)以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台12，对被控对象模型进行安全保护、控制、执行和计划的实施，例如：控制系统控制器13从被控对象仿真平台12中接收到速度信息后，并不断监控这一速度，确保该值在安全运行范围内，如果监测到该速度信息超过最大速度阈值，则向被控对象仿真平台12发送切断分区牵引供电指令，切断分区牵引供电，再控制控对象仿真平台12中的制动系统逐步制动直至下一个停车点；控制系统控制器13检查所有可能影响列车安全运行的信息和状态，所有安全指标要求得到满足后，实施列车开始或继续启程控制。

上位机11通过对被控对象仿真平台12的动作，控制系统控制器13的动作，以及被控对象仿真平台12与控制系统控制器13之间的交互内容的监控，能够实现对控制系统控制器13控制能力的监控，实现对控制系统控制器13的仿真测试。

需要说明的是，本发明实施例中的仿真测试系统至少包括：上位机11、被控对象仿真平台12以及控制系统控制器13；所述被控对象仿真平台12中搭建有利用所述上位机11预先建立的各被控对象模型；通过上位机11将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台12，所述被控对象仿真平台12中与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作后，将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器13；所述控制系统控制器13依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台12；由于所述控制系统控制器13为整车中的控制器，也就是所述控制系统控制器13为列车控制系统中的真实控制器，因此，控制系统控制器13与被控对象仿真平台12以及上位机11组成一种硬件在环实时仿真测试系统，能够真实模拟列车的实际运行状况，有利于对列车控制系统进行全面仿真测试，通过仿真测试后使得列车真实控制系统更成熟，更能适应实际工况。

上述过程实现了对列车控制系统中的真实控制器进行直接仿真测试的目的，并非对模拟的控制器模型进行仿真测试，从而被控对象仿真平台12将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器13之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机11之后，上位机11能够依据反馈信息，得到对列车控制系统中真实控制器进行仿真测试的结果，从而提供一种系统集成后的综合测试方式，实现对列车真实控制器进行系统性测试的目的。

可选的，图2为本发明实施例提供的另一种仿真测试系统的结构框图，如图2所示，所述仿真测试系统至少包括：上位机21、被控对象仿真平台22以及控制系统控制器23；所述被控对象仿真平台22中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器23为整车中的控制器；

所述上位机21用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台22，所述被控对象仿真平台22中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器23；

所述控制系统控制器23用于依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台22；

在所述上位机21将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台22之后，所述上位机21还用于从所述被控对象仿真平台22中接收包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器23之间的信息交互数据的反馈信息，并对所述反馈信息进行分析，得到仿真测试结果。

所述被控对象仿真平台22中包括：半实物仿真器24以及FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)仿真器25，所述半实物仿真器24中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器25中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型。

半实物仿真器24内部的操作系统为一种嵌入式操作系统，可以为QNX实时操作系统，本发明实施例不做具体限定，半实物仿真器24可以以最快的时间接收数据并处理，并在规定时间内做出及时的响应反馈给其他外部系统，保证所有实时任务协调一致。

所述上位机21上还加载有半实物仿真应用软件，半实物仿真应用软件特指与半实物仿真器的配套软件。

所述控制系统控制器23至少包括：运控系统控制器231以及牵引系统控制器232，所述运控系统控制器231以及所述牵引系统控制器232两者之间具有互相通信功能；

所述运控系统控制器231用于对所述半实物仿真器24中被控对象模型的运行进行控制；

所述牵引系统控制器232用于对所述FPGA仿真器25中被控对象模型的运行进行控制。

所述运控系统控制器231以及牵引系统控制器232为高速磁浮列车整车中的真实控制器，和被控对象仿真平台22实时仿真一起检测高速磁浮列车电控系统控制算法是否合理。整车中的运控系统控制器以及牵引系统控制器只要其接口满足被控对象仿真平台的接口形式，均可以与被控对象仿真平台进行连接，并进行测试。

需要说明的是，所述半实物仿真器24中至少包括I/O板卡，所述半实物仿真器24中的I/O板卡用于与所述运控系统控制器231进行I/O信号连接；所述FPGA仿真器25中至少包括I/O板卡，所述FPGA仿真器25中的I/O板卡用于与所述牵引系统控制器232进行I/O信号连接。

I/O板卡实现了被控对象仿真平台22分别与运控系统控制器231以及牵引系统控制器232之间的电器连接，从而利用被控对象仿真平台22实现了对整车中的真实控制器(运控系统控制器以及牵引系统控制器)的仿真测试。

可选的，所述FPGA仿真器25中的I/O板卡可以为HR-CPCI-5126FPGA板卡，HR-CPCI-5126FPGA板卡能够将模型生成的HDL代码高速运行起来，通过对进行工程仿真或者是对实物在回路的实时系统建立能生成HDL代码动态模型，I/O板卡带有I/O端口和CPCI(CompactPeripheral Component Interconnect，紧凑型外设部件互连标准)总线接口，I/O板卡用于与所述牵引系统控制器进行I/O通信，CPCI总线接口用于与半实物仿真器进行通信。

FPGA仿真器25上配置了FPGA计算模块，半实物仿真器与FPGA仿真器是被控对象仿真平台的运行环境。

可选的，所述上位机21用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台22具体包括：

所述上位机21用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台22中的半实物仿真器24；

所述被控对象仿真平台22中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器23具体包括：

所述半实物仿真器24中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器231；和/或；

所述FPGA仿真器25中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器232。

所述上位机21用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台22中的半实物仿真器24之后，如果列车运行指令中涉及到的被控对象模型仅仅包括半实物仿真器24中的被控对象模型，则半实物仿真器24中的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器231；

如果列车运行指令中涉及到的被控对象模型仅仅包括FPGA仿真器25中的被控对象模型，则半实物仿真器24可以通过总线将列车运行指令发送给FPGA仿真器25，FPGA仿真器25中的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器231；

如果列车运行指令中涉及到的被控对象模型既包含半实物仿真器24又包含FPGA仿真器25，则半实物仿真器24中的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器231；同时半实物仿真器24将列车运行指令发送给FPGA仿真器25，FPGA仿真器25中的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器231。

需要说明的是，本发明实施例中的半实物仿真器24为一种分布式的实时仿真器，其加载了实时操作系统，半实物仿真器24是实时操作系统的载体，能够在很短的时间内、以很低的成本，通过对进行工程仿真或者是对实物在回路的实时系统建立动态模型，利用半实物仿真器24可以实现实时的仿真测试过程，进而实现对列车控制系统中的真实控制器进行实时仿真测试的目的，能够快速得到测试结果，并且进一步提高测试结果的准确性。半实物仿真器24提供的工具能够方便的把被控对象模型分割成子系统，能够实现模型的并行处理。如果模型过于复杂不能在单处理器上运行时，半实物仿真器24可提供多个处理器共享一个负载的方法来实现的。而利用FPGA仿真器能够实现高速仿真，提高仿真精度。

可选的，图3为本发明实施例提供的另一种仿真测试系统的结构框图，如图3所示，所述仿真测试系统至少包括：上位机31、被控对象仿真平台32、半实物仿真器33、第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36、运控系统控制器37以及牵引系统控制器38。

所述上位机31用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台32，所述被控对象仿真平台32中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器37和/或牵引系统控制器38；

所述运控系统控制器37和/或牵引系统控制器38用于依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台32；

在所述上位机31将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台32之后，所述上位机31还用于从所述被控对象仿真平台32中接收包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台32与所述运控系统控制器37和/或牵引系统控制器38之间的信息交互数据的反馈信息，并对所述反馈信息进行分析，得到仿真测试结果。

所述被控对象仿真平台32中包括：半实物仿真器33以及第一FPGA34仿真器，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36，所述半实物仿真器33中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型。

所述运控系统控制器37以及所述牵引系统控制器38两者之间具有互相通信功能；并且，运控系统控制器37与牵引系统控制器38两者之间可以通过以太网进行通信，运控系统控制器37可以将一些控制指令(如控制电机运行的指令、控制变压器两侧电压的指令)发送给牵引系统控制器38，牵引系统控制器38依据控制指令的内容，通过以太网向运控系统控制器37进行状态反馈。

所述运控系统控制器37用于对所述半实物仿真器33中被控对象模型的运行进行控制；

所述牵引系统控制器38用于对所述第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36中被控对象模型的运行进行控制。

所述半实物仿真器36中设置的被控对象模型至少包括：

线路模型、车载运控接口模型、道岔模型以及车地通讯模型；

所述第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36中设置的被控对象模型至少包括：

变压器模型1/2、整流器模型1/2、制动斩波器1/2、逆变器1/2、变压器模型3/4、整流器模型3/4、制动斩波器3/4、逆变器3/4、馈电电缆模型与定子开关站模型以及直线电机模型。

具体的，考虑FPGA仿真器的计算能力，本发明实施例中设置了三个FPGA仿真器(第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36)，本发明实施例具体对FPGA仿真器的数量并不做具体限制，具体依据FPGA仿真器的计算能力而设定。

第一FPGA仿真器34中设置的被控对象模型至少包括：变压器模型1/2、整流器模型1/2、制动斩波器1/2以及逆变器1/2；

第二FPGA仿真器35中设置的被控对象模型至少包括：馈电电缆模型与定子开关站模型以及直线电机模型。

第三FPGA仿真器36中设置的被控对象模型至少包括：变压器模型3/4、整流器模型3/4、制动斩波器3/4、逆变器3/4。

运控系统控制器37根据半实物仿真器发送的速度位置、状态反馈等信息，对磁浮列车进行安全保护、控制、执行和计划的实施，并发送运控指令给半实物仿真器；

牵引系统控制器38根据第一FPGA仿真器34，第二FPGA仿真器35、第三FPGA仿真器36仿真计算的网侧电压、电流、整流电流、电机电流以及速度等，计算逆变器PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)等控制信号，控制被控对象仿真平台中逆变器工作，使得被控对象仿真平台中逆变器实现直线电机正常工作。

直线电机模型输出磁推力提供动力，并计算出列车速度值，将速度值经FPGA仿真器的I/O接口输出给牵引系统控制器，利用牵引系统控制器进行闭环控制。

本发明实施例中的被控对象仿真平台中的半实物仿真器以及FPGA仿真器中设置有各种类型的被控对象模型，从而基于被控对象仿真平台可以在实验室环境下快速开发仿真测试系统并快速验证运控系统控制器以及牵引系统控制器的控制能力，被控对象仿真平台可模拟高速磁浮列车电控系统运行特性，使运控系统控制器以及牵引系统控制器在实验室得到全面的测试，通过仿真测试能够提前发现运控系统控制器以及牵引系统控制器的控制策略缺陷，优化控制算法。并且，由于被控对象仿真平台中的半实物仿真器以及FPGA仿真器中搭建的是被控对象模型，能够降低测试成本，提高测试系统安全可靠性，缩短调试时间。

并且，本发明实施例中的被控对象仿真平台的开发周期短、开发成本低、使用便捷。测试者只需要根据实际情况略微调整模型，然后修改控制算法的代码，即可开始进行仿真测试。被控对象仿真平台被控对象模型的可移植性强，可完全集成图形化建模工具以及C，C++等合法代码。

可选的，本发明实施例还公开一种仿真测试方法，本发明实施例公开的仿真测试方法应用于上述提到的仿真测试系统，下面对本发明实施例提供的仿真测试方法进行介绍，图4为本发明实施例提供的仿真测试方法的流程图，具体的，所述仿真测试方法应用于所述仿真测试系统中的被控对象仿真平台，所述仿真测试系统还包括：上位机以及控制系统控制器，所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器为整车中的控制器；参照图4，所述方法可以包括：

步骤S100、从所述上位机中接收列车运行指令；

步骤S110、控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；

可选的，列车运行指令只要是控制被控对象模型产生相应的运行动作。

所述状态信息是所述控制系统控制器依据自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令的基础。运行动作相关的状态信息至少包括：被控对象模型执行运行动作后呈现的相关运行状态的信息，例如：列车运行速度、运行时长、被控对象模型的相关参数信息等，本发明实施例不做具体限定。

步骤S120、接收所述系统控制器发送的所述控制指令；

系统控制器接收到运行动作相关的状态信息后，会依据自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，控制规则是预先设置在系统控制器中的。

步骤S130、将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机，所述反馈信息为所述上位机进行分析并得到仿真测试结果的依据。

在所述被控对象仿真平台中包括：半实物仿真器以及FPGA仿真器，所述半实物仿真器中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型，所述控制系统控制器至少包括：运控系统控制器以及牵引系统控制器，所述运控系统控制器以及所述牵引系统控制器两者之间具有互相通信功能的情况下，所述控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器包括：

所述半实物仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器；

和/或；

所述FPGA仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器。

所述接收所述系统控制器发送的所述控制指令包括：接收所述运控系统控制器和/或所述牵引系统控制器发送的所述控制指令。

本发明实施例通过从所述上位机中接收列车运行指令；控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器，所述状态信息是所述控制系统控制器依据自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令的基础；接收所述系统控制器发送的所述控制指令。由于所述控制系统控制器为整车中的控制器，也就是所述控制系统控制器为列车控制系统中的真实控制器，因此，上述过程实现了对列车控制系统中的真实控制器进行直接仿真测试的目的，并非对模拟的控制器模型进行仿真测试，从而被控对象仿真平台将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机之后，上位机能够依据反馈信息，得到对列车控制系统中真实控制器进行仿真测试的结果，实现对列车真实控制器进行系统性测试的目的。

本说明书中各个实施例中记载的技术特征可以相互替换或组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种仿真测试系统，其特征在于，所述仿真测试系统至少包括：上位机、被控对象仿真平台以及控制系统控制器；所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器为整车中的控制器；

所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器；

所述控制系统控制器用于依据所述状态信息以及自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令，并将所述控制指令返回给所述被控对象仿真平台；

在所述上位机将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台之后，所述上位机还用于从所述被控对象仿真平台中接收包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息，并对所述反馈信息进行分析，得到仿真测试结果。

2.根据权利要求1所述的仿真测试系统，其特征在于，所述被控对象仿真平台中包括：半实物仿真器以及现场可编程逻辑门阵列FPGA仿真器，所述半实物仿真器中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型。

3.根据权利要求2所述的仿真测试系统，其特征在于，所述控制系统控制器至少包括：运控系统控制器以及牵引系统控制器，所述运控系统控制器以及所述牵引系统控制器两者之间具有互相通信功能；

所述运控系统控制器用于对所述半实物仿真器中被控对象模型的运行进行控制；

所述牵引系统控制器用于对所述FPGA仿真器中被控对象模型的运行进行控制。

4.根据权利要求3所述的仿真测试系统，其特征在于，所述半实物仿真器中至少包括I/O板卡，所述半实物仿真器中的I/O板卡用于与所述运控系统控制器进行I/O信号连接；

所述FPGA仿真器中至少包括I/O板卡，所述FPGA仿真器中的I/O板卡用于与所述牵引系统控制器进行I/O信号连接。

5.根据权利要求2所述的仿真测试系统，其特征在于，所述半实物仿真器中设置的被控对象模型至少包括：

线路模型、车载运控接口模型、道岔模型以及车地通讯模型；

所述FPGA仿真器中设置的被控对象模型至少包括：

变压器模型1/2、整流器模型1/2、制动斩波器1/2、逆变器1/2、变压器模型3/4、整流器模型3/4、制动斩波器3/4、逆变器3/4、馈电电缆模型与定子开关站模型以及直线电机模型。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的仿真测试系统，其特征在于，所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台具体包括：

所述上位机用于将列车运行指令下发至所述被控对象仿真平台中的半实物仿真器。

7.根据权利要求6所述的仿真测试系统，其特征在于，所述被控对象仿真平台中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器具体包括：

所述半实物仿真器中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器；

和/或；

所述FPGA仿真器中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器。

8.一种仿真测试方法，其特征在于，所述仿真测试方法应用于仿真测试系统中的被控对象仿真平台，所述仿真测试系统还包括：上位机以及控制系统控制器，所述被控对象仿真平台中搭建有利用所述上位机预先建立的各被控对象模型；所述控制系统控制器为整车中的控制器；所述仿真测试方法包括：

从所述上位机中接收列车运行指令；

控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器，所述状态信息是所述控制系统控制器依据自身存储的控制规则，生成针对所述被控对象模型的控制指令的基础；

接收所述系统控制器发送的所述控制指令；

将包含有所述列车运行指令相关的运行动作以及所述被控对象仿真平台与所述控制系统控制器之间的信息交互数据的反馈信息返回给上位机，所述反馈信息为所述上位机进行分析并得到仿真测试结果的依据。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述被控对象仿真平台中包括：半实物仿真器以及FPGA仿真器，所述半实物仿真器中设置有用于运行逻辑功能的被控对象模型，所述FPGA仿真器中设置有用于运行物理特性功能的被控对象模型，所述控制系统控制器至少包括：运控系统控制器以及牵引系统控制器，所述运控系统控制器以及所述牵引系统控制器两者之间具有互相通信功能的情况下，所述控制与所述列车运行指令相关的被控对象模型产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至控制系统控制器包括：

所述半实物仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至运控系统控制器；

和/或；

所述FPGA仿真器控制自身中与所述列车运行指令相关的被控对象模型用于产生与所述列车运行指令相关的运行动作，并将与所述运行动作相关的状态信息发送至牵引系统控制器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收所述系统控制器发送的所述控制指令包括：接收所述运控系统控制器和/或所述牵引系统控制器发送的所述控制指令。

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