系統(tǒng)仿真技術(shù)最具有實(shí)用的領(lǐng)域之一,當(dāng)屬各類訓(xùn)練仿真器系統(tǒng)。仿真器技術(shù)的特點(diǎn)是以單個(gè)或成組的參與者置身于仿真系統(tǒng)中構(gòu)成閉環(huán),從而使人獲得培訓(xùn)和親身體驗(yàn)。人體對(duì)環(huán)境的感覺可以分為眼、耳、鼻、舌、身五個(gè)方面。視覺(圖像仿真)、聽覺(聲響仿真)和身體姿態(tài)、加速度(運(yùn)動(dòng)仿真),以及觸覺和操作力度感覺等,是現(xiàn)代仿真器技術(shù)發(fā)展中的重點(diǎn),而本課題就是針對(duì)我�，F(xiàn)有的集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練器,著眼于完善其運(yùn)動(dòng)仿真的功能。 由于本課題只是對(duì)單自由度運(yùn)動(dòng)仿真的初步嘗試,因此這種運(yùn)動(dòng)仿真形式其實(shí)就是對(duì)仿真訓(xùn)練器駕駛員座椅的振動(dòng)模擬。一般來說,激勵(lì)是現(xiàn)場采集的實(shí)際振動(dòng)信號(hào),如前大梁處上升制動(dòng)工況下對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào),然后通過構(gòu)建主流的交流伺服控制系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)的高精度運(yùn)算、定時(shí)和判斷功能,選擇可行的控制方案和適當(dāng)?shù)目刂扑惴?實(shí)現(xiàn)響應(yīng)對(duì)加載在系統(tǒng)中激勵(lì)信號(hào)的近似跟蹤。 本文的主要工作包括: 1.選擇Parker和研華公司的工控產(chǎn)品建立了完整的交流伺服系統(tǒng)平臺(tái),采用PCI-1720 D/A卡、PCL-836定時(shí)/計(jì)數(shù)卡及旋轉(zhuǎn)變壓器,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)相關(guān)接口電路,提出了硬件抗干擾措施,組建了完整的伺服驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入/輸出通道。系統(tǒng)連接后,運(yùn)轉(zhuǎn)正常,信號(hào)傳遞較準(zhǔn)確,基本滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求; 2.考慮到對(duì)控制系統(tǒng)的要求和實(shí)現(xiàn)的可能性(主要是PCL-836卡的性能),提出了單回路伺服控制方案以及采用旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行測速的方法——M法(脈沖數(shù)法)。實(shí)際表明,這種測速方法能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性這一最重要的特性; 3.建立了被控對(duì)象的近似傳遞函數(shù),對(duì)控制系統(tǒng)用MATLAB進(jìn)行了積分分離PID算法的仿真,并和普通PID算法進(jìn)行了分析比較,同時(shí)整定了控制系統(tǒng)的PID參數(shù)。對(duì)于帶滯后環(huán)節(jié)的交流伺服系統(tǒng),針對(duì)其信號(hào)誤差值的無規(guī)律性以及實(shí)際振動(dòng)速度信號(hào)存在跳躍變化的情況,通過采用積分分離PID控制算法,改善控制效果; 4.程序設(shè)計(jì)中利用Windows系統(tǒng)中的多媒體定時(shí)器或PCL-836卡的定時(shí)功能,完成在定時(shí)時(shí)間內(nèi)反饋信號(hào)采集、PID運(yùn)算和控制電壓信號(hào)輸出等功能。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn),兩種定時(shí)方法均能使系統(tǒng)達(dá)到運(yùn)行速度快、可靠性高、占用資源少等實(shí)時(shí)性的要求;
【學(xué)位單位】：上海海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2005
【中圖分類】：TH218
【部分圖文】：

根據(jù)上述對(duì)仿真訓(xùn)練器的結(jié)構(gòu)功能要求，經(jīng)過實(shí)踐摸索，從符合實(shí)際教學(xué)需求的角度出發(fā)，上海海事大學(xué)研制開發(fā)了半實(shí)物的集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練器。半實(shí)物集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)其總體布局及設(shè)備配置如圖2.1所示，它由駕駛室、教員控制臺(tái)、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和PLC控制器、視景計(jì)算機(jī)及各種投影視屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及相應(yīng)的通訊設(shè)備等組成。2.2.1半實(shí)物仿真訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)成半實(shí)物集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)由駕駛室系統(tǒng)、教員臺(tái)控制系統(tǒng)、三維成像視景系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型、電機(jī)拖動(dòng)和PLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動(dòng)系統(tǒng)、教學(xué)投影系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等模塊組成。其工作原理如圖2.2所示。圖2.3表示的是駕駛操作系統(tǒng)、教員控制臺(tái)系統(tǒng)、電機(jī)拖動(dòng)和pLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)實(shí)物照片。其中，教員控制臺(tái)系統(tǒng)為整個(gè)仿真系統(tǒng)的控制者，各個(gè)部分的運(yùn)作都是由它通過發(fā)送命令數(shù)據(jù)來控制，同時(shí)它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站。里面是windwosNT操作系統(tǒng)和由VB制作的教員控制臺(tái)主控程序，以及Cmiplicity組態(tài)軟件。教員控制臺(tái)系統(tǒng)接受來自PLC的數(shù)據(jù)，包括來自操縱臺(tái)的數(shù)據(jù)和電機(jī)拖動(dòng)及變頻驅(qū)動(dòng)器部分的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行起重機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，對(duì)相關(guān)物體的狀態(tài)、位置、動(dòng)作、干涉等進(jìn)行計(jì)算和判斷，并將相關(guān)信息實(shí)時(shí)傳送給視景系統(tǒng)，完成三維動(dòng)畫視景變換。同時(shí)它接受視景系統(tǒng)的反饋信息

半實(shí)物集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)由駕駛室系統(tǒng)、教員臺(tái)控制系統(tǒng)、三維成像視景系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型、電機(jī)拖動(dòng)和PLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動(dòng)系統(tǒng)、教學(xué)投影系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等模塊組成。其工作原理如圖2.2所示。圖2.3表示的是駕駛操作系統(tǒng)、教員控制臺(tái)系統(tǒng)、電機(jī)拖動(dòng)和pLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)實(shí)物照片。其中，教員控制臺(tái)系統(tǒng)為整個(gè)仿真系統(tǒng)的控制者，各個(gè)部分的運(yùn)作都是由它通過發(fā)送命令數(shù)據(jù)來控制，同時(shí)它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站。里面是windwosNT操作系統(tǒng)和由VB制作的教員控制臺(tái)主控程序，以及Cmiplicity組態(tài)軟件。教員控制臺(tái)系統(tǒng)接受來自PLC的數(shù)據(jù)，包括來自操縱臺(tái)的數(shù)據(jù)和電機(jī)拖動(dòng)及變頻驅(qū)動(dòng)器部分的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行起重機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，對(duì)相關(guān)物體的狀態(tài)、位置、動(dòng)作、干涉等進(jìn)行計(jì)算和判斷，并將相關(guān)信息實(shí)時(shí)傳送給視景系統(tǒng)，完成三維動(dòng)畫視景變換。同時(shí)它接受視景系統(tǒng)的反饋信息，并實(shí)時(shí)反饋信息和直接控制PLC以達(dá)到控制操作臺(tái)、電機(jī)拖動(dòng)及變頻驅(qū)動(dòng)器的目的。視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)用來產(chǎn)生圖像和聲音

息回饋給用戶。半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的人機(jī)界面系統(tǒng)包括駕駛室系統(tǒng)的人機(jī)界面和教員控制臺(tái)系統(tǒng)的人機(jī)界面，其交互示意圖分別如圖2.4和圖2.5所示。在駕駛室系統(tǒng)人機(jī)界面交互中，操作者通過操縱系統(tǒng)(操作手柄、按鈕等)向計(jì)算機(jī)輸入操作控制信號(hào)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)控制信號(hào)計(jì)算出實(shí)時(shí)場景、音響、振動(dòng)信號(hào)，并通過視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動(dòng)系統(tǒng)、模擬儀表等反饋給操作者。這樣，通過模擬實(shí)際操作中的人機(jī)交互，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作者的培訓(xùn)。教員控制臺(tái)系統(tǒng)的人機(jī)界面則主要起著監(jiān)控作用，以及參數(shù)設(shè)定、評(píng)分功能、記錄回放等教學(xué)作用。

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