動(dòng)態(tài)訓練模擬器液壓控制裝置系統

摘要：以美國主站坦克M1A1的運動(dòng)性能為目標，闡述了一種坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器液壓控制部分的設計流程。該模擬器采用嵌入式控制器控制液壓系統，克服了模擬控制系統難以保證長(cháng)期可靠運行的缺點(diǎn)，也克服了一般數字控制系統難以保證三路油缸運動(dòng)的實(shí)時(shí)性和同步性的缺點(diǎn)，且比一般的三自由度復雜運算控制器的體積小。實(shí)用效果表明，該訓練模擬器操作簡(jiǎn)便，運行穩定，較好地滿(mǎn)足了坦克兵模擬動(dòng)態(tài)訓練的要求。這里研制的數字液壓控制裝置系統給其他類(lèi)型的動(dòng)態(tài)模擬訓練器的研究提供了參考。
關(guān)鍵詞：坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器；嵌入式控制系統；液壓控制；實(shí)時(shí)控制

0 引言
長(cháng)期以來(lái)，坦克手的培訓都是利用真實(shí)的坦克和場(chǎng)地進(jìn)行的，這樣的訓練盡管具有實(shí)地演練優(yōu)勢，但是坦克行進(jìn)路線(xiàn)和路況少，耗油量大。坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器正是為了彌補實(shí)地演練的一些缺點(diǎn)，輔助培訓坦克駕駛員而設計的。本文以美國戰后第三代主站坦克M1A1艾布拉姆斯坦克為目標，介紹了一種坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器液壓控制部分的設計流程。為了增加模擬訓練的真實(shí)感，模擬器采用高性能嵌入式控制系統實(shí)現液壓系統的控制，增加訓練模擬器的動(dòng)作實(shí)時(shí)性和地面多種行駛姿態(tài)，并利用三個(gè)液壓缸支撐一個(gè)平面的設計，形成三自由度的運動(dòng)姿態(tài)模擬。
模擬訓練器的液壓伺服系統如果采用模擬系統，其響應快，但由于參數調整非常難，自適應性差，以及參數漂移等問(wèn)題使得模擬系統難以保證長(cháng)期可靠運行。用數字系統代替模擬系統的難點(diǎn)在于三路油缸的實(shí)時(shí)和同步控制。本文設計了一種嵌入式控制器——嵌入式平板電腦ZY-100作為人機界面和控制器，以期實(shí)現液壓伺服系統的可靠性和實(shí)時(shí)性要求。三自由度控制的復雜運算采用煙臺中宇航空液壓有限公司的嵌入式控制器完成，實(shí)現計算機、PLC和觸摸屏顯三合一，這樣使集成化高、連線(xiàn)少、體積小、厚度只有20 cm，而一般的三自由度控制器都比較厚，雖然嵌入式液壓控制研究已有許多在國內外公開(kāi)發(fā)表的文章，但具有如此小體積、高集成化、三自由度復雜運算的控制器在國內期刊上鮮見(jiàn)發(fā)表。

1 動(dòng)態(tài)訓練模擬器的工作原理
坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器液壓部分是由三個(gè)液壓伺服缸支撐一個(gè)平面，使其能形成三自由度的運動(dòng)，以模擬坦克在不同的地面上的行駛姿態(tài)。其中，三個(gè)油缸的運動(dòng)軌跡由用戶(hù)在人機界面預先設置，計算機產(chǎn)生三路數字電壓信號，分別經(jīng)過(guò)D／A變換、放大，轉換成電流信號去控制三個(gè)伺服閥的開(kāi)度和方向，從而獨立控制三個(gè)油缸的運動(dòng)方向和速度，使底部的三路油缸控制頂部平臺做三自由度的運動(dòng)。為了能夠正確調整油缸的移動(dòng)，通過(guò)與油缸相連的位移傳感器的反饋信號構成各自由度位置閉環(huán)控制，將油缸位移電壓信號與計算機輸出信號比較，然后根據差值信號，糾正油缸移動(dòng)的實(shí)際位置。因此，位移傳感器輸出的是負反饋信號。本文計算機經(jīng)D／A轉換后的輸出電壓為0～10 V。開(kāi)路狀態(tài)下，D／A轉換后的輸出電壓0～10 V對應油缸移動(dòng)距離0～200 ms，且D／A輸出與油缸移動(dòng)距離成正比；位移傳感器的輸出為0～10 V，對應油缸0～200ms的移動(dòng)距離，且與油缸移動(dòng)距離成正比。
為保證油的順利流動(dòng)和油泵的正常工作，在油箱里油泵到油缸的通道中設置了人工控制溢流閥。溢流閥中的油壓及油泵中的液位將通過(guò)壓力傳感器和液位傳感器送到計算機實(shí)時(shí)監控。如果發(fā)現油壓過(guò)高或過(guò)低，通過(guò)旋轉溢流閥開(kāi)關(guān)，可以改變輸油管管口的大小，調整油壓，使油壓滿(mǎn)足正常工作要求。如果液面過(guò)低，計算機將產(chǎn)生報警信號，同時(shí)送出關(guān)機信號，關(guān)掉油泵驅動(dòng)電機。
另外，油溫的范圍也會(huì )影響油泵的正常工作，系統通過(guò)油箱中的溫度傳感器提取溫度信號，并送計算機處理；當油溫較高時(shí)，系統將輸入冷水使油降溫；如果油溫超過(guò)一定溫度，計算機將報警。當油溫較低時(shí)，停止送水。
整個(gè)系統的原理框圖如圖1所示。