CN211043965U - 一种基于电力机车的模块化仿真机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于电力机车的模块化仿真机，包括：可拔插板卡式的实现控制的牵引控制单元以及实时仿真的实时仿真单元；所述牵引控制单元包括：通过背板连接的处理器板卡、脉冲板卡、信号板卡以及通信板卡；所述实时仿真单元包括：通过背板连接的电源板卡、处理器板卡、数字量板卡以及模拟量板卡；所述牵引控制单元与所述实时仿真单元间通过控制信号和反馈信号的交互配合，实现在仿真中对控制算法进行验证。本实用新型各个模块的可拔插/可扩展，增加了仿真机的灵活性；当出现故障时，可以根据数据流逐个模块检查，降低查找故障难度，便于维修和维护；各个模块的灵活操作、协同配合，提高电力机车牵引控制单元的仿真测试效率。

Description

一种基于电力机车的模块化仿真机

技术领域

本实用新型涉及模块化仿真机技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于电力机车的模块化仿真机。

背景技术

在产品设计及技术研发的流程中，仿真有助于在设计过程中及时发现问题，避免在产品试制完成后发现控制方案问题带来的人力、物力、财力的浪费。半实物仿真作为仿真技术的一个重要分支，采取了虚拟模型与实物无缝对接的仿真方式，通过有效的建模方法可使仿真结果无限逼近真实，在实验室环境下就可以实现产品调试验证，并能一定程度甚至全面替代产品试验。半实物仿真包括快速控制原型(采用“虚拟控制器+实际对象”方式)和硬件在回路(采用“实际控制器+虚拟对象”方式)两种形式，本实用新型介绍的基于电力机车的模块化仿真机采用硬件在回路形式，即牵引控制单元为实际控制器，电力机车的弓网系统、四象限整流器、直流滤波器、逆变器以及轮轨系统等为模型搭建的虚拟对象。采用这种形式，可以利用仿真进行前期算法验证，模拟复杂的工况等情况。

设备的日趋复杂和技术的渐近融合，要求测试系统必须具备灵活性。测试系统在满足各种不同要求的同时，成本压力要求其应具备更长的生命周期。仿真机的模块化设计是指将不同功能模块独立为通用性模块，按照需求进行组合，以满足仿真需求。模块化结构的仿真机将其内部资源按照功能划分为几个模块，各个模块之间利用高速总线连接，其功能类似于普通的台式机，但是可拔插的模块化板卡，于计算机的高度集成，使模块化仿真机比台式机具备更强的优越性。

与模块化仿真机相对的，就是非模块化的台式仿真机。非模块化设计的台式仿真机将各部分功能整合在一起，对外只保留与仿真机与上位机相连的接口，以及仿真机与牵引控制单元相连的接口。基于电力机车的硬件在回路形式的仿真，台式仿真机内台式仿真机没有按照功能设置的可拆卸板卡，而是将所有的处理器单元、数字信号集合在一起，不可拆卸。通过外部接口，将牵引控制单元与仿真机柜连接，实现整体控制，可对牵引控制单元进行前期算法验证及特殊工况模拟等仿真操作。

图1为台式仿真机组成及功能。左边牵引控制单元为实际的控制箱，电力机车除了牵引控制单元的其他部分是利用建模软件搭建的数学模型，再生成代码，下载到实时仿真机中，牵引控制单元与实时仿真机通过发送控制信号与反馈信号进行硬件在回路的半实物仿真，仿真过程中上位机可以实时监控信号变量和参数、在线修改参数、记录数据等，通过整个系统的配合，最终完成对控制算法的在线验证等仿真需求。

1)灵活性较差：所有的项目仿真共用一套仿真资源，对于需求较低的项目，容易造成资源浪费；对于个别需求较高的项目，容易发生无法满足需求情况。

2)升级维护操作复杂：若系统出现故障，无法快速定位故障位置，容易拖长处理时间，降低仿真效率。

3)到达产品的生命周期后，不方便拆卸、回收和处理。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于电力机车的模块化仿真机。本实用新型主要利用一种基于电力机车的模块化仿真机，其特征在于，包括：

可拔插板卡式的实现控制的牵引控制单元以及实时仿真的实时仿真单元；所述牵引控制单元包括：通过背板连接处理器板卡、脉冲板卡、信号板卡以及通信板卡；所述实时仿真单元包括：通过背板连接的电源板卡、处理器板卡、数字量板卡以及模拟量板卡；

所述牵引控制单元与所述实时仿真单元间通过控制信号和反馈信号的交互配合，实现在仿真中对控制算法进行验证。

进一步地，将模块化的牵引控制单元和被控对象模型下载到模块化的仿真机中，通过模块化仿真机对电力机车系统进行半实物仿真，采用的是硬件在回路的仿真形式，牵引控制单元为实物包括弓网系统、四象限整流器、直流滤波器、逆变器以及轮轨系统。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型各个模块的可拔插/可扩展，增加了仿真机的灵活性；当出现故障时，可以根据数据流逐个模块检查，降低查找故障难度，便于维修和维护；各个模块的灵活操作、协同配合，提高电力机车牵引控制单元的仿真测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为台式仿真机组成及功能。

图2为本实用新型基于电力机车的模块化仿真设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

一种基于电力机车的模块化仿真机，其特征在于，包括：

可拔插的板卡式的实现控制的牵引控制单元以及实时仿真的实时仿真单元；所述牵引控制单元包括：通过背板连接处理器板卡、脉冲板卡、信号板卡以及通信板卡；所述实时仿真单元包括：通过背板连接的电源板卡、处理器板卡、数字量板卡以及模拟量板卡；

所述牵引控制单元与所述实时仿真单元间通过控制信号和反馈信号的交互配合，实现对控制算法的仿真。

作为本申请一种优选的实施方式，在本申请中，将模块化的牵引控制单元和被控对象模型下载到模块化的仿真机中，通过模块化仿真机对电力机车系统进行半实物仿真，采用的是硬件在回路的仿真形式，牵引控制单元为实物包括弓网系统、四象限整流器、直流滤波器、逆变器以及轮轨系统。

作为优选的，这里的模块化包括，模块化的牵引控制单元和被控对象模型下载到模块化的仿真机。模块化的实时仿真机包括电源板卡、处理器板卡、数字量板卡、模拟量板卡等；牵引控制单元包括处理器板卡、脉冲板卡、信号板卡、通信板卡等。模块与模块之间通过背板进行通信，牵引控制单元与实时仿真机之间通过专用的网线或光纤线传递控制信号与反馈信号。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种基于电力机车的模块化仿真机，其特征在于，包括：

可拔插板卡式的实现控制的牵引控制单元以及实时仿真的实时仿真单元；所述牵引控制单元包括：通过背板连接处理器板卡、脉冲板卡、信号板卡以及通信板卡；所述实时仿真单元包括：通过背板连接的电源板卡、处理器板卡、数字量板卡以及模拟量板卡；

所述牵引控制单元与所述实时仿真单元间通过控制信号和反馈信号的交互配合，实现在仿真中对控制算法进行验证。

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