系統(tǒng)仿真技術最具有實用的領域之一,當屬各類訓練仿真器系統(tǒng)。仿真器技術的特點是以單個或成組的參與者置身于仿真系統(tǒng)中構成閉環(huán),從而使人獲得培訓和親身體驗。人體對環(huán)境的感覺可以分為眼、耳、鼻、舌、身五個方面。視覺(圖像仿真)、聽覺(聲響仿真)和身體姿態(tài)、加速度(運動仿真),以及觸覺和操作力度感覺等,是現(xiàn)代仿真器技術發(fā)展中的重點,而本課題就是針對我�，F(xiàn)有的集裝箱起重機仿真訓練器,著眼于完善其運動仿真的功能。 由于本課題只是對單自由度運動仿真的初步嘗試,因此這種運動仿真形式其實就是對仿真訓練器駕駛員座椅的振動模擬。一般來說,激勵是現(xiàn)場采集的實際振動信號,如前大梁處上升制動工況下對應的振動信號,然后通過構建主流的交流伺服控制系統(tǒng),利用計算機的高精度運算、定時和判斷功能,選擇可行的控制方案和適當?shù)目刂扑惴?實現(xiàn)響應對加載在系統(tǒng)中激勵信號的近似跟蹤。 本文的主要工作包括: 1.選擇Parker和研華公司的工控產品建立了完整的交流伺服系統(tǒng)平臺,采用PCI-1720 D/A卡、PCL-836定時/計數(shù)卡及旋轉變壓器,設計了系統(tǒng)相關接口電路,提出了硬件抗干擾措施,組建了完整的伺服驅動計算機控制系統(tǒng)的輸入/輸出通道。系統(tǒng)連接后,運轉正常,信號傳遞較準確,基本滿足系統(tǒng)運行的要求; 2.考慮到對控制系統(tǒng)的要求和實現(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變壓器進行測速的方法——M法(脈沖數(shù)法)。實際表明,這種測速方法能滿足系統(tǒng)實時性這一最重要的特性; 3.建立了被控對象的近似傳遞函數(shù),對控制系統(tǒng)用MATLAB進行了積分分離PID算法的仿真,并和普通PID算法進行了分析比較,同時整定了控制系統(tǒng)的PID參數(shù)。對于帶滯后環(huán)節(jié)的交流伺服系統(tǒng),針對其信號誤差值的無規(guī)律性以及實際振動速度信號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.程序設計中利用Windows系統(tǒng)中的多媒體定時器或PCL-836卡的定時功能,完成在定時時間內反饋信號采集、PID運算和控制電壓信號輸出等功能。經(jīng)實際運行檢驗,兩種定時方法均能使系統(tǒng)達到運行速度快、可靠性高、占用資源少等實時性的要求;
【學位單位】：上海海事大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2005
【中圖分類】：TH218
【部分圖文】：

根據(jù)上述對仿真訓練器的結構功能要求，經(jīng)過實踐摸索，從符合實際教學需求的角度出發(fā)，上海海事大學研制開發(fā)了半實物的集裝箱起重機仿真訓練器。半實物集裝箱起重機仿真訓練系統(tǒng)其總體布局及設備配置如圖2.1所示，它由駕駛室、教員控制臺、電動機、驅動器和PLC控制器、視景計算機及各種投影視屏、網(wǎng)絡交換機及相應的通訊設備等組成。2.2.1半實物仿真訓練系統(tǒng)構成半實物集裝箱起重機仿真訓練系統(tǒng)由駕駛室系統(tǒng)、教員臺控制系統(tǒng)、三維成像視景系統(tǒng)、動力學數(shù)學模型、電機拖動和PLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動系統(tǒng)、教學投影系統(tǒng)、網(wǎng)絡通訊系統(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)、教員控制臺系統(tǒng)、電機拖動和pLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)實物照片。其中，教員控制臺系統(tǒng)為整個仿真系統(tǒng)的控制者，各個部分的運作都是由它通過發(fā)送命令數(shù)據(jù)來控制，同時它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D站。里面是windwosNT操作系統(tǒng)和由VB制作的教員控制臺主控程序，以及Cmiplicity組態(tài)軟件。教員控制臺系統(tǒng)接受來自PLC的數(shù)據(jù)，包括來自操縱臺的數(shù)據(jù)和電機拖動及變頻驅動器部分的數(shù)據(jù)，實時進行起重機動力學仿真計算，對相關物體的狀態(tài)、位置、動作、干涉等進行計算和判斷，并將相關信息實時傳送給視景系統(tǒng)，完成三維動畫視景變換。同時它接受視景系統(tǒng)的反饋信息

半實物集裝箱起重機仿真訓練系統(tǒng)由駕駛室系統(tǒng)、教員臺控制系統(tǒng)、三維成像視景系統(tǒng)、動力學數(shù)學模型、電機拖動和PLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動系統(tǒng)、教學投影系統(tǒng)、網(wǎng)絡通訊系統(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)、教員控制臺系統(tǒng)、電機拖動和pLC邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)實物照片。其中，教員控制臺系統(tǒng)為整個仿真系統(tǒng)的控制者，各個部分的運作都是由它通過發(fā)送命令數(shù)據(jù)來控制，同時它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D站。里面是windwosNT操作系統(tǒng)和由VB制作的教員控制臺主控程序，以及Cmiplicity組態(tài)軟件。教員控制臺系統(tǒng)接受來自PLC的數(shù)據(jù)，包括來自操縱臺的數(shù)據(jù)和電機拖動及變頻驅動器部分的數(shù)據(jù)，實時進行起重機動力學仿真計算，對相關物體的狀態(tài)、位置、動作、干涉等進行計算和判斷，并將相關信息實時傳送給視景系統(tǒng)，完成三維動畫視景變換。同時它接受視景系統(tǒng)的反饋信息，并實時反饋信息和直接控制PLC以達到控制操作臺、電機拖動及變頻驅動器的目的。視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)用來產生圖像和聲音

息回饋給用戶。半實物仿真系統(tǒng)中的人機界面系統(tǒng)包括駕駛室系統(tǒng)的人機界面和教員控制臺系統(tǒng)的人機界面，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)人機界面交互中，操作者通過操縱系統(tǒng)(操作手柄、按鈕等)向計算機輸入操作控制信號，計算機再根據(jù)控制信號計算出實時場景、音響、振動信號，并通過視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、座椅振動系統(tǒng)、模擬儀表等反饋給操作者。這樣，通過模擬實際操作中的人機交互，就實現(xiàn)了對操作者的培訓。教員控制臺系統(tǒng)的人機界面則主要起著監(jiān)控作用，以及參數(shù)設定、評分功能、記錄回放等教學作用。

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本文編號：2834833