基于RT—LAB的高機動性裝備半物理測試平臺設(shè)計

逯云杰

摘 要： 基于LabVIEW設(shè)計高機動性裝備半物理測試平臺時，對平臺需求的數(shù)字化模擬過程在非實時環(huán)境中進行，與后續(xù)工作間存在脫節(jié)，導(dǎo)致高機動性裝備的半物理測試效果差。因此，設(shè)計基于RT?LAB的高機動性裝備半物理測試平臺。其由上位機軟件以及硬件構(gòu)成。硬件模塊由平臺測試模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊和邏輯操作模塊構(gòu)成。通過Simulink建模仿真平臺塑造裝備屬性模型，基于RT?LAB高質(zhì)量的硬件板卡支撐性能以及多核分布式并行運算，完成高機動性裝備半物理測試仿真。融入RT?LAB實時目標(biāo)機，實現(xiàn)基于RT?LAB半物理的高機動性裝備測試仿真。采用裝備的關(guān)鍵部件和429板卡，完成RT?LAB以及VxWorks操作系統(tǒng)下機載裝備的半物理聯(lián)合仿真。平臺實現(xiàn)部分設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)，給出高機動性裝備動力模型嵌入過程，采用Unity3D規(guī)劃裝備虛擬顯示模型，通過實時數(shù)據(jù)對VR模型的運動進行控制，實現(xiàn)處理裝備虛擬展示。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計測試平臺可對裝備的電壓以及電感電流進行平穩(wěn)、準(zhǔn)確測試。

關(guān)鍵詞： RT?LAB； 高機動性裝備； 半物理測試； 目標(biāo)機； 平臺設(shè)計； 聯(lián)合仿真

中圖分類號： TN304.05?34； TM46 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）16?0183?04

Abstract： During the design of the semi?physical test platform based on LabVIEW for high mobility equipment， the digital simulation process required by the platform is performed in the non real?time environment， resulting in disconnection with subsequent work， and poor semi?physical testing effect of high mobility equipment. Therefore， a semi?physical test platform based on RT?LAB is designed for high mobility equipment. The platform is composed of upper computer software and hardware. The hardware consists of platform test module， data acquisition module， and logic operation module. The equipment attribute model is shaped on the Simulink modeling simulation platform. The semi?physical test simulation based on high?quality support performance of the hardware board card of the RT?LAB and multi?core distributed parallel computation is accomplished for high mobility equipment. The real?time RT?LAB target machine is fused to realize the semi?physical test simulation based on the RT?LAB for high mobility equipment. The semi?physical joint simulation of the airborne equipment is accomplished under the RT?LAB and VxWorks operating systems by utilizing the key components of the equipment and the 429 board card. Part of the designed software structure is realized on the platform. The embedding process of the high mobility equipment dynamic model is given. The Unity3D is adopted to plan the virtual display model of the equipment. The motion of the VR model is controlled by real?time data to realize the virtual exhibition of post?processing equipment. The experimental results show that the designed test platform can test the voltage and inductive current of the equipment smoothly and accurately.

Keywords： RT?LAB； high mobility equipment； semi?physical test； target machine； platform design； joint simulation

飛機警示、簡圖頁和控制功能等是機電綜合控制平臺的關(guān)鍵功能[1]，傳統(tǒng)基于LabVIEW設(shè)計高機動性裝備半物理測試平臺時，對平臺需求的數(shù)字化模擬過程在非實時環(huán)境中進行，同后續(xù)工作間存在脫節(jié)問題，導(dǎo)致高機動性裝備的半物理測試效果差[2]。隨著高機動性裝備的智能化應(yīng)用領(lǐng)域逐漸提升，半物理仿真在裝備控制器的規(guī)劃以及應(yīng)用中具有較高的應(yīng)用價值。因此，設(shè)計基于RT?LAB的高機動性裝備半物理測試仿真平臺，融入RT?LAB實時目標(biāo)機，將基于RT?LAB的半物理仿真應(yīng)用到高機動性裝備綜合控制平臺內(nèi)，降低飛機規(guī)劃的耗時，增強飛機規(guī)劃安全性。

1 高機動性裝備半物理測試平臺設(shè)計

1.1 半物理仿真架構(gòu)

高機動性裝備的半物理仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊是上位機軟件以及硬件，其仿真平臺如圖1所示。其中裝備控制器以及信號變換器是硬件的重要組成模塊，對控制器以及裝備動力學(xué)模型間的信號進行傳輸；半物理仿真主邏輯控制模塊、設(shè)備動力學(xué)模型控制模塊、虛擬現(xiàn)實后操作模塊以及人機模塊共同組成平臺的軟件部分，對高機動性裝備信號實施高效的控制和直觀描述[3]?？傮w信號交互時上位機中的虛擬現(xiàn)實后操作模塊基于狀態(tài)信號以及管理信號，驅(qū)動高機動性裝備的虛擬現(xiàn)實模型，完成裝備狀態(tài)的可視化描述[4]。

1.2 平臺關(guān)鍵硬件模塊

高機動性裝備版物理測試平臺的重點內(nèi)容是實施半物理仿真分析，其由平臺測試模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊和邏輯操作模塊構(gòu)成，如圖2所示[5]。

1.3 半物理測試仿真設(shè)計

基于RT?LAB的高機動性裝備半物理仿真測試過程包括數(shù)字過程以及半物理過程。數(shù)字過程仿真策略如圖3所示。其基于RT?LAB仿真需求，將模塊分割成SM，SS及SC，它們分別是核心邏輯操作模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊以及平臺檢測模塊和航電呈現(xiàn)模塊，通過RT?LAB中兩個運算節(jié)點對SM以及SS實施并行運算，SC采用以太網(wǎng)監(jiān)測邏輯操作模塊的運算結(jié)果。

高機動性裝備半物理過程仿真策略如圖4所示。能夠看出半物理仿真過程中采用的模型是邏輯操作模塊以及平臺檢測模塊實際機載裝備，仿真模型中還包括數(shù)據(jù)采集模塊，并且RT?LAB目標(biāo)機內(nèi)也運行著數(shù)據(jù)采集模塊。機載部件以及目標(biāo)機間通過數(shù)據(jù)采集429板卡以及CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互[6]，完成RT?LAB以及VxWorks操作系統(tǒng)下機載裝備的半物理聯(lián)合仿真。

2 平臺實現(xiàn)部分

2.1 半物理測試仿真實現(xiàn)流程

上位機內(nèi)部署RT?LAB以及Matlab軟件，RT?LAB與Matlab/Simulink進行無縫關(guān)聯(lián)，通過Simulink建模仿真平臺塑造裝備屬性模型，同時完成模型的實時化、劃分以及編譯等操作獲取C代碼，以太網(wǎng)向目標(biāo)機內(nèi)輸入C代碼。目標(biāo)機通過多核分布式并行運算，完成高機動性裝備的實物仿真[7]，用圖5描述仿真流程圖。

2.2 塑造裝備虛擬現(xiàn)實模型

采用3ds MAX塑造坦克裝備模型，向Unity 3D場景輸入FBX格式的裝備模型，塑造裝備基礎(chǔ)場景[8]，對腳本的編寫過程實施優(yōu)化，塑造好的坦克場景見圖6。

2.3 人機操作界面設(shè)計

虛擬顯示、DLL調(diào)控檢測、裝備控制器半物理仿真通信平臺、狀態(tài)信息存儲以及采集、傳感器檢測信息存儲和采集等是用戶界面的主要內(nèi)容[9]，如圖7所示。

3 實驗分析

實驗在Matlab/Simulink內(nèi)塑造2臺DC/DC變換器構(gòu)成的ISOP系統(tǒng)，其輸入/輸出電壓是200 V以及150 V，電感是1.4 mH，變壓器原副邊匝比K=1∶1，開關(guān)頻率是12 kHz。負(fù)載從60 Ω調(diào)整成30 Ω情況下的仿真波形如圖8所示。如果出現(xiàn)負(fù)載瞬時調(diào)整的情況，則兩個模塊輸入電壓被均衡分割，確保輸出電壓的平穩(wěn)性。受到下垂調(diào)控的有差調(diào)控屬性干擾，兩個模塊獲取的電壓存在一定的差異。負(fù)載是50 Ω以及30 Ω，[Vin1]與[Vin2]間的差值是4 V和2 V，誤差小于設(shè)置的閾值。50 Ω負(fù)載情況下，變壓器電壓以及電感電流情況如圖9所示。

輸入電壓出現(xiàn)瞬時波動時的仿真波形如圖10所示。分析兩個圖能夠得出，不考慮下垂調(diào)控產(chǎn)生的誤差問題，輸入電壓能夠被均衡分割，同時輸出平穩(wěn)的電壓。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計基于RT?LAB的高機動性裝備半物理測試平臺，實現(xiàn)高機動性裝備狀態(tài)的實時、準(zhǔn)確測試，以及裝備狀態(tài)的可視化展示，具有較高的應(yīng)用價值。

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