基于dSPACE半实物仿真技术的伺服控制研究与应用

半实物仿真是一种针对实际过程的实时仿真技术,它可将需要的实际受控对象放置在仿真系统回路中进行仿真研究,可对控制参数进行在线调参,改善实际系统的性能。本文介绍了基于dSPACE的半实物仿真技术,利用MATLAB/Simulink的系统建模方法和dSPACE系统的软硬件环境,完成了对足球机器人伺服控制系统的研究与开发,获得了满意的效果。     

一种基于虚拟现实技术的分布式半实物仿真平台研究和实现

在分析了当前系统仿真语言和仿真软件的一些不足之后,采用了模拟现实技术,提出了一种基于虚拟现实技术的分布式半实物仿真平台。首先确定了该平台的功能和目标;然后研究了其拓扑结构,提出了面向对象的仿真系统软件开发模式,并给出了仿真的一般步骤;最后对涉及到的关键技术进行了阐述。实验系统证明：在这个平台上,可以快速灵活的开发分布式半实物仿真系统。     

基于dSPACE的无刷直流电机控制器快速开发方法

通过把dSPACE半实物仿真系统与自主开发的通用驱动模块相结合,得到了通用性较高的无刷直流电机控制器开发平台PACM(a platform based on common actuated circuit and software MATLAB),并由此归纳出一套无刷直流电机控制器的快速开发方法.PACM的硬件部分是基于dSPACE实时仿真平台的通用BLDCM驱动模块,可以支持功率在3kW以下的三相BLDCM;软件部分是用MATLAB/Simulink建立的数字调节器模型,灵活地支持各种控制算法模型.以某跑步机三相无刷直流电机控制器的开发为例,运用该方法,快速地得到了满足控制需求的硬件电路以及控制软件代码.与传统开发方法相比,该方法能显著的缩短控制器的开发周期,降低开发成本.     

基于RT-LAB的某型导弹半实物仿真系统设计

半实物仿真是将部分硬件实物引入到仿真回路中的仿真,是导弹研制过程中的一个重要环节.介绍了基于先进的仿真运行框架软件RT-LAB搭建半实物仿真系统的方法.搭建了适用于RTLAB的仿真模型;针对自制板卡,开发了RT-LAB下的驱动;编写了基于RT-LAB的仿真控制软件,完成了半实物仿真平台的设计.研究表明,在RT-LAB环境下可以方便快捷地将Simulink模型应用于半实物仿真系统,降低了构建系统的难度,缩短研制周期,并提高仿真系统的灵活性和可靠性.     

基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术研究

提出了基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术的原理和开展研究的四个环节,即理论研究、计算机仿真、半物理仿真和实物仿真。建立了基于高速局域网的组合导航/制导仿真平台框架,开发了计算机仿真平台、半物理离线仿真平台、半物理在线仿真平台和实物仿真平台,解决了客户机/服务器间的实时数据传输问题。以惯导/双星/GPS组合导航系统为例详细介绍了四种仿真平台的工作过程,并进行了半物理离线仿真试验,验证了仿真平台的实时性。     

液压系统半实物仿真通信过程实施

针对液压系统半实物仿真过程中控制模型、数学模型以及实物模型中的指令和数据传输要求,对仿真机和实物控制平台之间的通信内容、通信方式以及同步过程进行分析和定义,并在此基础上开发通信模型。通过半实物仿真平台的实际运行表明,本模型能有效的实现液压系统半实物仿真过程中的指令和数据通信,并保证内外环控制系统的正常工作。     

基于实时网络的半实物仿真集成平台研究

半实物仿真试验是制导武器系统研制过程的重要手段。半实物仿真集成平台的构建是对原有仿真系统的扩充和升级,集成平台包括了DOS、Windows 2000和LABVIEW RT三种操作系统,反射内存和广播内存两类实时通讯网络。介绍了集成平台的硬件构成和主要设备功能,解决了半实物仿真集成平台中的实时网络性能指标测试、实时数据采集和LABVIEW RT下利用反射内存进行实时数据传输、实时网络接口计算机设计等关键技术问题。目前,该半实物仿真集成平台已经成功运用于某制导武器的半实物仿真试验中。     

小卫星飞轮低速摩擦补偿观测器及半实物仿真

反作用飞轮在低速过零时，摩擦力矩的突变严重影响小卫星姿态控制的精度和稳定度。文中研究了改善其低速摩擦特性的补偿观测器技术，并基于dSPACE仿真系统和实物飞轮，对该补偿观测器性能进行了半实物仿真验证。仿真结果表明，补偿观测器可有效改善姿态控制性能，克服低速摩擦对小卫星姿态控制精度和稳定度的影响。     

石油化工危险、安全与控制仿真试验平台的结构设计

石油化工危险、安全与控制仿真试验平台应用了半实物仿真技术，是研究石油化工危险与可操作性评价技术的重要工具。本文首先确定了该平台的功能和目标，介绍了总体结构，分析了各子系统所实现的功能。提出了综合应用数字仿真和半实物仿真技术对大型过程系统进行研究的方法。最后对该平台建设过程中涉及的通讯系统、软件集成、实时数据库等关键技术和方法进行了阐述。     

液压系统半实物仿真平台设计

结合液压系统仿真计算技术和自动化试验技术,构建了液压系统半实物仿真平台,通过仿真计算模拟液压系统的环境参数和控制规律,利用实物模型模拟难以建立数学模型的液压元件。重点介绍了液压系统半实物仿真平台布局结构、仿真模型建立过程以及仿真过程控制系统,并针对某液压起竖系统进行了应用分析。     

基于dSPACE的卫星控制实时仿真系统设计

为满足某在研大型挠性卫星计算机在回路中的仿真需要,利用dSPACE多处理器系统设计了卫星姿态和轨道控制实时仿真系统。介绍了该系统的软、硬件构成。以星载计算机与惯性基准单元串口通信为例,重点介绍了采用RTI模块、Simulink和Stateflow,实现该实时系统的串口通信建模方法。在星上自主模式下,对该实时系统进行了实时仿真。仿真结果证明了设计的卫星姿态和轨道控制实时仿真系统和串口通信接口模型的有效性。此方法对dSPACE实时仿真系统在航空航天领域的工程应用具有参考价值。     

基于dSPACE的微型核仿真验证系统

为验证微型核原理样机软/硬件实时性能,采用dSPACE实时仿真器建立以微型核为核心的实时仿真验证系统。针对搭建微型核实时仿真验证系统的要求,重点解决了如何用dSPACE仿真器模拟外部实时仿真环境,以及微型核CAN总线和dSPACE仿真器RS232串口之间数据转换的难题。在系统成功建立的基础上,进行了小卫星姿态控制全模式实时仿真,完成了对微型核实时软/硬件性能的测试。仿真结果证明了本仿真验证系统软/硬件结构的正确性。     

基于微型核的双星编队实时仿真系统

为了测试微型核的实时软/硬件性能,利用两个微型核原理样机及dSAPCE实时仿真器构建了双星编队实时仿真验证系统。在实时系统构建的过程中,分别解决了两个微型核之间的时间同步、dSAPCE与微型核原理样机CAN总线双向数据转换以及dSAPCE实时串口数据如何驱动STK场景实时动画显示等问题。利用建立的实时仿真系统,进行了双星编队姿态协同控制算法仿真,仿真结果表明基于微型核的双星编队实时仿真验证系统的软/硬件的正确性。     

微型足球机器人伺服控制实时仿真系统研究

基于dSPACE实时仿真技术,应用MATLAB/Simulink的系统建模方法和dSPACE系统的软硬件环境,设计开发了微型足球机器人伺服控制实时仿真系统。将实际受控对象-足球机器人放置在仿真系统回路中进行仿真研究,实时监控系统运行,在线对控制参数进行调整,并对系统的动态性能进行测试,利用测得的实验数据对机器人小车模型进行了辨识,取得了较好的控制效果。仿真结果表明,该系统是一个很好的实验研究平台。     

某型大柔性多体结构卫星半实物仿真

介绍了xPC实时目标环境，借助xPC平台实现了对某型大柔性多体结构卫星系统的半实物仿真试验开发，试验过程中，对xPC目标进行了二次开发，在星载计算机硬件不成熟时，采用一台xPC目标机来实现其快速控制原型，另一台目标机模拟星载计算机外部实时环境，由一台xPC宿主机分刺控制两台目标机保证仿真时钟同步，在快速控制原型的基础上逐步地引入实物部件从而实现半实物仿真系统的构建。整个卫星地面半实物仿真系统的开发过程是一种基于模型的系统设计思想，实验结果证明了方法的有效性。     

SST-I分布式航天器实时仿真系统

根据现代航天器动力学及控制系统仿真的需要,提出了一个基于dSPACE、Vxworks和xPC平台的分布式航天器实时仿真系统方案。整个系统由一套dSPACE和数台xPC、Vxworks实时机组成,dSPACE提供了丰富的I/O接口用于与航天器星载设备进行连接,xPC用于对各种星载设备和有效载荷以及动力学模型的仿真,Vxworks用于运行各种成熟的传统仿真程序。动力学、控制仿真程序的开发大部分基于Simulink,极大的缩短了开发周期。系统通信总线基于以太网QoS技术,实现了可靠的实时数据通信,整个系统的总通信带宽可以随系统中计算机的数量扩展。系统内的时钟同步信号由dSPACE系统统一生成。对系统的实时性能进行了分析,结果表明该系统可以满足航天器分布式实时仿真的需要。     

基于dSPACE的矩阵变换器电流控制策略实现

基于dSPACE实时仿真平台，对以输出电流为控制目标的基本滞环控制、间接电流预测控制及直接电流预测控制（27种状态）策略进行了实验验证，对比空间矢量调制策略，它们都有输入电流谐波含量大的缺点。该文以改善矩阵变换器的输入电流质量为出发点，得到了一种新的电流控制方法。新方法与基本的电流预测控制相比，输入电流的谐波有大的减少，改善了矩阵变换器的输入性能。通过dSPACE硬件实时仿真平台对新控制策略进行了实验研究，实验结果验证了该控制策略的正确性。     

基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。     

基于Luenberger观测器的稳瞄系统应用研究

采用Luenberger观测器进行稳瞄系统的设计,关键在于观测器补偿器的设计及低通滤波器的频带选择。进行了离线仿真、基于dSPACE的半实物仿真、静态试验及动态扰动试验,通过各种滤波手段抑制了系统噪声,与各种常规控制方法进行了对比,系统稳定性、稳定精度及鲁棒性都得到了有效提高,试验取得了较好的效果。