CN116360296A - 一种控制装置的实时仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控制仿真技术领域,公开了一种控制装置的实时仿真系统,包括:上位机、控制仿真模块、下位机实时仿真模块和通讯模块,所述上位机包含VMC界面和物理对象仿真模块,所述上位机与所述控制仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接,所述控制仿真模块与下位机实时仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接,所述上位机与所述下位机实时仿真模块通过以太网进行模型加载,所述通讯模块与所述控制仿真模块进行控制指令和物理参数的相互传递,所述控制仿真模块将控制算法以C代码的形式模块化,所述下位机实时仿真模块为实时模型的运行环境,模拟真实物理对象。本发明适用于多个场景下的控制系统实时仿真。
Description
技术领域
本发明涉及控制仿真技术领域,尤其涉及一种控制装置的实时仿真系统。
背景技术
现有航空机电控制系统研制大多使用真实物理对象进行台架试车测试,发现控制系统的问题再修改,从而达到满足控制系统设计需求的目的。但是在反复测试过程中,过程复杂、耗资巨大且研发效率低。
为了减小控制器开发的费用和周期,降低全实物台架试验的风险,提高产品的可靠性,实现控制器的快速开发,实时仿真与半物理仿真技术已经成为一种越来越重要的验证技术。采用实时仿真实现一种安全、可靠的研发和测试方法,已经成为技术研发的必要途径。利用实时仿真技术进行控制率的实时仿真,快速验证其控制逻辑的可行性,再通过半物理仿真技术进行软硬件结合,进一步提高实时仿真的置信度,从而为控制器的开发提供坚实的基础。
现阶段的实时仿真方法大多采用软件建模仿真,通过实时化模型转化或者代码转化,然后在实时仿真环境中运行模型,使得模型实时化或代码转化过程比较耗时,因此需要一种能够直接进行实时仿真的方法,降低实时仿真的周期,提高研发效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述一种或多种现有的技术问题,提供一种控制装置的实时仿真系统。
为实现上述目的,本发明提供的一种控制装置的实时仿真系统,包括:
上位机、控制仿真模块、下位机实时仿真模块和通讯模块;
所述上位机包含VMC界面和物理对象仿真模块;
所述上位机与所述控制仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述控制仿真模块与下位机实时仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述上位机与所述下位机实时仿真模块通过以太网进行模型加载;
所述通讯模块与所述控制仿真模块进行控制指令和物理参数的相互传递;
所述控制仿真模块将控制算法以C代码的形式模块化;
所述下位机实时仿真模块为实时模型的运行环境,模拟真实物理对象。
根据本发明的一个方面,所述下位机实时仿真模块的接收和发送协议在LABVIEW中以程序框图的编程方式定义。
根据本发明的一个方面,所述物理对象仿真模块包含执行机构物理对象模型、传感器机构物理对象模型和核心传动机构物理对象模型。
根据本发明的一个方面,在所述控制仿真模块中嵌入所述控制算法,所述控制算法用CVI在头文件中将相关的物理参量和对应的控件一一对应并定义过程参数和函数名,通过在主文件中调用头文件,对函数进行编辑,用对应的控件名将整个控制逻辑串联,在不同模式选用不同的PID控制参数。
根据本发明的一个方面,所述通讯模块通过板卡将参数数据发送给所述控制仿真模块进行解算,同时接收所述控制仿真模块的控制信号并解码,所述通讯模块定时为100s,所述通讯模块使用通讯协议的帧头包括同步头1、同步头2、数据帧长度、数据包类型、帧计数字和操作命令字,所述通讯模块使用通讯协议的帧尾包括奇偶校验位;在进行通讯时,若同步头1、同步头2、数据帧长度和奇偶校验位的字符不一致,放弃此数据帧。
根据本发明的一个方面,通过所述通讯模块向下位机实时仿真模块发送相关的物理参数并接收所述控制仿真模块发来的控制指令。
根据本发明的一个方面,所述物理对象仿真模块在Labview中使用定时循环对算法进行更新迭代,设置定时循环的定时源位为1kHz,循环定时属性为20ms,处理器分配为手动,所述执行机构物理对象模型、所述传感器机构物理对象模型和所述核心传动机构物理对象模型在不同的定时循环中通过多个子程序的程序框图连线进行搭建,并通过全局变量的形式进行模型的数据交互。
根据本发明的一个方面,所述VMC界面用以太网与所述下位机实时仿真模块连接使得在实时项目中将所述物理对象仿真模块部署到所述下位机实时仿真模块中,所述VMC界面通过所述通讯模块向所述控制仿真模块发送控制指令,同时接收所述控制仿真模块的物理参数进行数据分析存储、实时显示和历史回放的功能。
为实现上述目的,本发明提供一种电子设备,包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种控制装置的实时仿真系统。
为实现上述目的,本发明提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种控制装置的实时仿真系统。
基于此,本发明的有益效果在于:
本发明提出了一种实时仿真方法,将控制算法和物理对象分别进行了实时仿真,通过通讯进行控制指令和物理参数的传递,适用于多个场景下的控制系统实时仿真,采用不同的模型配置在不同的虚拟处理器上进行运算,更加真实的模拟了真实物理部件之间的交互关系,本发明中CVI进行控制模型仿真是完全以C代码的形式进行编辑,具有非常好的扩展性和延伸性,可以在不同的软件中进行嵌入式开发,VMC界面具有数据分析存储、实时显示、历史回放等功能,可以满足数据处理的各种需求,下位机实时仿真模块的通讯可用于对多个客户端进行信息传递,便于增加远程终端进行更加全面的监控。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种控制装置的实时仿真系统的连接示意图。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容,应当理解,论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容,而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的,术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”,术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
图1示意性表示根据本发明的一种控制装置的实时仿真系统的连接示意图,如图1所示,本发明的一种控制装置的实时仿真系统,包括:
上位机、控制仿真模块、下位机实时仿真模块和通讯模块;
所述上位机包含VMC界面和物理对象仿真模块;
所述上位机与所述控制仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述控制仿真模块与下位机实时仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述上位机与所述下位机实时仿真模块通过以太网进行模型加载;
所述通讯模块与所述控制仿真模块进行控制指令和物理参数的相互传递;
所述控制仿真模块将控制算法以C代码的形式模块化;
所述下位机实时仿真模块为实时模型的运行环境,模拟真实物理对象。
根据本发明的一个实施方式,所述下位机实时仿真模块的接收和发送协议在LABVIEW中以程序框图的编程方式定义。
根据本发明的一个实施方式,所述物理对象仿真模块包含执行机构物理对象模型、传感器机构物理对象模型和核心传动机构物理对象模型。
根据本发明的一个实施方式,在所述控制仿真模块中嵌入所述控制算法,所述控制算法用CVI在头文件中将相关的物理参量和对应的控件一一对应并定义过程参数和函数名,通过在主文件中调用头文件,对函数进行编辑,用对应的控件名将整个控制逻辑串联,在不同模式选用不同的PID控制参数。
根据本发明的一个实施方式,所述通讯模块通过板卡将参数数据发送给所述控制仿真模块进行解算,同时接收所述控制仿真模块的控制信号并解码,所述通讯模块定时为100s,所述通讯模块使用通讯协议的帧头包括同步头1、同步头2、数据帧长度、数据包类型、帧计数字和操作命令字,所述通讯模块使用通讯协议的帧尾包括奇偶校验位;在进行通讯时,若同步头1、同步头2、数据帧长度和奇偶校验位的字符不一致,放弃此数据帧。
根据本发明的一个实施方式,通过所述通讯模块向下位机实时仿真模块发送相关的物理参数并接收所述控制仿真模块发来的控制指令。
根据本发明的一个实施方式,所述物理对象仿真模块在Labview中使用定时循环对算法进行更新迭代,设置定时循环的定时源位为1kHz,循环定时属性为20ms,处理器分配为手动,所述执行机构物理对象模型、所述传感器机构物理对象模型和所述核心传动机构物理对象模型在不同的定时循环中通过多个子程序的程序框图连线进行搭建,并通过全局变量的形式进行模型的数据交互。
根据本发明的一个实施方式,所述VMC界面用以太网与所述下位机实时仿真模块连接使得在实时项目中将所述物理对象仿真模块部署到所述下位机实时仿真模块中,所述VMC界面通过所述通讯模块向所述控制仿真模块发送控制指令,同时接收所述控制仿真模块的物理参数进行数据分析存储、实时显示和历史回放的功能。
根据本发明的一个实施例,通讯模块为RS422,RS485、TCP或UDP。
根据本发明的一个实施例,VMC界面特征在于其不仅可以实现控制指令下发,仿真数据的实时传输、显示、存储,还可以根据用户要求进行数据选择性回放,并与离线数据对比分析,自动计算误差、延时等指标,对可能出现的问题进行快速定位和决策。
根据本发明的一个实施例,主文件用来编写所有与模型相关的参数的交联关系,实现模型解算和输入输出参数的赋值。
根据本发明的一个实施例,通讯模块具有全双工工作收发互不影响的特点,可以通过板卡以特定的协议方式将参数数据发送给控制仿真模块进行解算,同时接收控制仿真模块的控制信号,并以特定的方式解码。
根据本发明的一个实施例,下位机实时仿真模块作为实时模型的运行环境,作为真实物理对象地虚拟仪器,采用NI的PXIe机箱、处理器和通讯模块板卡,可以在严格地物理事件内完成定时仿真,提高了仿真地置信度,同时丰富的机箱卡槽保证了良好的扩展性。下位机实时仿真模块通过以太网与上位机的VMC界面进行通讯,通过通讯模块向控制器仿真模块发送相关的物理参数并接收控制器仿真模块发来的控制指令。
根据本发明的一个实施例,物理对象仿真模块和VMC界面中,物理对象仿真模块在Labview中用定时循环作为算法的更新迭代:设置定时循环的定时源位“1kHz(绝对时间)”,设置循环定时属性为20ms,处理器分配为“手动”,不同的模型可以在处理器选择上进行不同的运算核,更真实地模拟不同地真实物理部件;执行机构、传感器机构、核心传动机构等物理对象模型分别在不同地定时循环中通过多个子程序的程序框图连线进行搭建,并通过全局变量的形式进行模型的数据交互。而VMC界面用以太网与下位机实时仿真模块连接,通过在实时项目中将上述搭建好的物理对象仿真模块部署到下位机实时仿真模块中;VMC界面通过通讯模块向控制器仿真模块发送控制指令,同时接收控制器仿真模块的物理参数进行数据分析存储、实时显示、历史回放等功能。
根据本发明的一个实施例,按照图1所示进行所有的硬件连接与配置,然后,在上位机,打开LABVIEW实时项目,在新建终端和设备中选择已有的下位机实时仿真模块终端,连接上位机和下位机实时仿真模块,在下位机实时仿真模块终端中添加物理对象实时仿真模型,部署运行所有模型。配置下位机通讯模块的属性,VISA资源名称为“ASRL1::INSTR”、波特率为“115200”、数据比特为“8”、奇偶校验位为“1”(奇校验)。之后,进行CVI的运行,配置通讯模块的属性:VISA资源名称为“COM1”、波特率为“115200”、数据比特为“8”、奇偶校验位为“1”(奇校验)。最后,在VMC上位机界面上点击“开始试验”,在模式指令中选择“自启动”,观察上位机界面的参数变化情况;自启动完成后再选择其他模式进行切换。
为实现上述发明目的,本发明还提供一种电子设备,该电子设备包括:处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述一种控制装置的实时仿真系统。
为实现上述发明目的,本发明还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述一种控制装置的实时仿真系统。
基于此,本发明的有益效果在于,本发明提出了一种实时仿真方法,将控制算法和物理对象分别进行了实时仿真,通过通讯进行控制指令和物理参数的传递,适用于多个场景下的控制系统实时仿真,采用不同的模型配置在不同的虚拟处理器上进行运算,更加真实的模拟了真实物理部件之间的交互关系,本发明中CVI进行控制模型仿真是完全以C代码的形式进行编辑,具有非常好的扩展性和延伸性,可以在不同的软件中进行嵌入式开发,VMC界面具有数据分析存储、实时显示、历史回放等功能,可以满足数据处理的各种需求,下位机实时仿真模块的通讯可用于对多个客户端进行信息传递,便于增加远程终端进行更加全面的监控。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的模块及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置和设备的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。
另外,在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例节能信号发送/接收的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
应理解,本发明的发明内容及实施例中各步骤的序号的大小并不绝对意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
Claims (10)
1.一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,包括:
上位机、控制仿真模块、下位机实时仿真模块和通讯模块;
所述上位机包含VMC界面和物理对象仿真模块;
所述上位机与所述控制仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述控制仿真模块与下位机实时仿真模块通过所述通讯模块进行通信连接;
所述上位机与所述下位机实时仿真模块通过以太网进行模型加载;
所述通讯模块与所述控制仿真模块进行控制指令和物理参数的相互传递;
所述控制仿真模块将控制算法以C代码的形式模块化;
所述下位机实时仿真模块为实时模型的运行环境,模拟真实物理对象。
2.根据权利要求1所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,所述下位机实时仿真模块的接收和发送协议在LABVIEW中以程序框图的编程方式定义。
3.根据权利要求2所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,所述物理对象仿真模块包含执行机构物理对象模型、传感器机构物理对象模型和核心传动机构物理对象模型。
4.根据权利要求3所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,在所述控制仿真模块中嵌入所述控制算法,所述控制算法用CVI在头文件中将相关的物理参量和对应的控件一一对应并定义过程参数和函数名,通过在主文件中调用头文件,对函数进行编辑,用对应的控件名将整个控制逻辑串联,在不同模式选用不同的PID控制参数。
5.根据权利要求4所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,所述通讯模块通过板卡将参数数据发送给所述控制仿真模块进行解算,同时接收所述控制仿真模块的控制信号并解码,所述通讯模块定时为100s,所述通讯模块使用通讯协议的帧头包括同步头1、同步头2、数据帧长度、数据包类型、帧计数字和操作命令字,所述通讯模块使用通讯协议的帧尾包括奇偶校验位;在进行通讯时,若同步头1、同步头2、数据帧长度和奇偶校验位的字符不一致,放弃此数据帧。
6.根据权利要求5所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,通过所述通讯模块向下位机实时仿真模块发送相关的物理参数并接收所述控制仿真模块发来的控制指令。
7.根据权利要求6所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,所述物理对象仿真模块在Labview中使用定时循环对算法进行更新迭代,设置定时循环的定时源位为1kHz,循环定时属性为20ms,处理器分配为手动,所述执行机构物理对象模型、所述传感器机构物理对象模型和所述核心传动机构物理对象模型在不同的定时循环中通过多个子程序的程序框图连线进行搭建,并通过全局变量的形式进行模型的数据交互。
8.根据权利要求7所述的一种控制装置的实时仿真系统,其特征在于,所述VMC界面用以太网与所述下位机实时仿真模块连接使得在实时项目中将所述物理对象仿真模块部署到所述下位机实时仿真模块中,所述VMC界面通过所述通讯模块向所述控制仿真模块发送控制指令,同时接收所述控制仿真模块的物理参数进行数据分析存储、实时显示和历史回放的功能。
9.一种电子设备,其特征在于,包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种控制装置的实时仿真系统。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种控制装置的实时仿真系统。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230630 |