1、概述

FS車(chē)輛通常采用液壓驅(qū)動(dòng)的方案，車(chē)載控制器根據(jù)每個(gè)工步的狀態(tài)信號(hào)（如FS車(chē)調(diào)平信號(hào)、起豎裝置的起豎角度信號(hào)等），解算液壓元件的控制信號(hào)（如方向閥、伺服閥或流量閥等液壓元件），以實(shí)現(xiàn)FS裝置按規(guī)定要求完成FS車(chē)調(diào)平、起豎等多個(gè)工步。隨著多個(gè)子系統(tǒng)的綜合過(guò)程，不同類型信息與能量的交換和傳遞變得越來(lái)越復(fù)雜，因此在產(chǎn)品定型前，對(duì)系統(tǒng)整體動(dòng)、靜態(tài)性能和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和改善，考察系統(tǒng)元件故障對(duì)產(chǎn)品工作性能的影響，成為一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。

由于人力、物力和開(kāi)發(fā)周期等客觀條件的限制，實(shí)際過(guò)程往往難以制造物理樣機(jī)，進(jìn)行在線跟蹤調(diào)試和改進(jìn)。因此，比較普遍的做法是在產(chǎn)品定型前對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵元件進(jìn)行性能仿真，暴露設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提出符合工程實(shí)際的可行性方案。目前傳統(tǒng)方法主要針對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行仿真，忽略或簡(jiǎn)化其他子系統(tǒng)的影響，這樣雖然能反映系統(tǒng)某些特性，但不能有效體現(xiàn)各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系，不能充分反映系統(tǒng)的綜合性能。因此將液壓、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、控制等多個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)綜合集成平臺(tái)進(jìn)行調(diào)度與管理，形成一個(gè)完整的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)理想方案。

某大型起豎系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜多學(xué)科機(jī)電系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。為將負(fù)載起豎到某一位置，系統(tǒng)采用液壓為驅(qū)動(dòng)能源，配置傳感器測(cè)量負(fù)載角位移等信號(hào)。該角位移信號(hào)用來(lái)設(shè)計(jì)液壓元件的控制律，以確保起豎過(guò)程按預(yù)定義的趨勢(shì)完成起豎任務(wù)。

從下圖1可以看出，為充分考慮各部分對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響，可將起豎系統(tǒng)分為液壓能源、機(jī)械動(dòng)力學(xué)和控制3個(gè)子系統(tǒng)分別建模分析，然后根據(jù)各子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系實(shí)現(xiàn)起豎系統(tǒng)的綜合性能仿真和評(píng)價(jià)。

圖1 起豎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2、地面FS車(chē)輛實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 起豎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

FS車(chē)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是基于LINKS-RT仿真平臺(tái)，配置一套包含三個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的所有實(shí)時(shí)仿真機(jī)上運(yùn)行統(tǒng)一的分布實(shí)時(shí)仿真引擎，支持模型間數(shù)據(jù)的同步交互。

（1）實(shí)時(shí)仿真機(jī)：3臺(tái)實(shí)時(shí)仿真機(jī)分別用來(lái)仿真電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)仿真機(jī)的配置除主處理器以外，還包含了相關(guān)的I/O接口卡（如AD、DA、DIO等）。仿真機(jī)中分別運(yùn)行電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)仿真模型，對(duì)用戶設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的控制律進(jìn)行仿真和驗(yàn)證；其中電控系統(tǒng)可以用作實(shí)物替換；

（2）仿真管控主機(jī)：仿真管控主機(jī)為Windows操作系統(tǒng)，運(yùn)行Matlab建模軟件，基于Simulink進(jìn)行系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)，并能夠自動(dòng)生成可執(zhí)行程序，下載到VxWorks目標(biāo)機(jī)中實(shí)時(shí)運(yùn)行。另外還運(yùn)行LINKS-RT仿真軟件包和RT-SimPlus顯控組件，用戶通過(guò)操作仿真軟件的軟件界面，可以對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程進(jìn)行控制、管理，還可以以虛擬儀表、曲線等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真機(jī)的監(jiān)控，是FS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)與用戶之間的人機(jī)交互接口。

（3）反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)：三臺(tái)實(shí)時(shí)仿真機(jī)之間通過(guò)反射內(nèi)存（RFM）網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)分布式網(wǎng)絡(luò)，既可以確保實(shí)時(shí)仿真機(jī)之間的仿真時(shí)鐘同步，又可以在三臺(tái)實(shí)時(shí)仿真機(jī)之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信；

（4）以太網(wǎng)：系統(tǒng)中的所有計(jì)算機(jī)都連接到同一個(gè)以太網(wǎng)，仿真主控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)傳送仿真管控指令到三臺(tái)實(shí)時(shí)仿真機(jī)。同時(shí)，仿真過(guò)期間，模型解算過(guò)程中產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)、參數(shù)也可以通過(guò)以太網(wǎng)傳送到仿真主控計(jì)算機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

3、地面FS車(chē)輛實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)多學(xué)科協(xié)同仿真流程