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動(dòng)態(tài)訓練模擬器液壓控制裝置系統
作者：
時(shí)間：2012-03-13
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2 系統設計
2．1 硬件
坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器的硬件系統包括開(kāi)關(guān)電源、嵌入式控制器、液壓缸、放大器、伺服閥、油缸、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、油箱、油泵、溢流閥等。
2．1．1 計算機
系統采用了嵌入式平板電腦ZY-100作為人機界面和控制器，它集微處理器、PLC、觸摸屏、A／D轉換、D／A轉換為一體。模擬訓練器通過(guò)底部的三路油缸控制頂部平臺的運動(dòng)，油缸的運動(dòng)軌跡由給定的計算公式得出，控制的難點(diǎn)在于三路油缸的實(shí)時(shí)和同步。該油缸是通過(guò)伺服閥的開(kāi)度和方向以及位移傳感器的反饋來(lái)確定運動(dòng)位置，達不到實(shí)時(shí)性要求就無(wú)法對油缸位置進(jìn)行精確的控制。平臺的位置由三路油缸共同決定，如果不能做到三路油缸同步，也就無(wú)法得到設想的運動(dòng)軌跡，達不到預定的目的。
液壓伺服系統控制效果好是因為采用模擬系統(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時(shí)，只有當數字系統采樣時(shí)間和響應(循環(huán)周期)時(shí)間達到1～2 ms時(shí)基本上與模擬系統一樣，達到1 ms時(shí)，效果更好。為了滿(mǎn)足液壓系統的實(shí)時(shí)性和穩定性要求，先后試驗過(guò)工控機、PLC等多種控制平臺，但是大多不能滿(mǎn)足苛刻的實(shí)時(shí)性要求，最終采用自行研制的響應快、可靠性高的嵌入式系統，設計了嵌入式控制器一一嵌入式平板電腦ZY-100作為人機界面和控制器。
該控制器通過(guò)選用12位高精度的模擬量輸入／輸出端口，直接與CPU進(jìn)行通信，響應速度快。位移傳感器送過(guò)來(lái)的電流信號，能迅速轉化成位移量，獲得油缸的當前位置，與給定的目標位置進(jìn)行比較輸出，控制油缸的運動(dòng)。在CPU強大的計算能力支持下，從采集、轉換、比較到輸出，總共耗時(shí)不到0．5 ms。采用ZY-100外部選配的模擬量輸入／輸出端口，不但很好地滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)性要求，也降低了硬件成本。
ZY-100帶有色彩豐富的人性化界面，可以對設備的運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。簡(jiǎn)單方便的觸摸屏控制方式，使安裝和操作變得十分簡(jiǎn)單。
嵌入式控制器指標如下：
(1)24路可編程TTL電平開(kāi)關(guān)量輸入輸出；
(2)16路單端／8路雙端模入；
(3)4路獨立模出；
(4)3路計數通道。
2．1．2 電源與接地
本文采用明偉牌開(kāi)關(guān)電源，輸出電壓分別為±9 V，±24 V，+5 V。其中，±9 V供給三路電壓／電流放大器；24 V供給溢流閥和三路伺服閥。
系統配有UPS，保證系統不斷電。為了保證可靠接地，本文采用了模塊化布局。
啟動(dòng)電機時(shí)有三角型接法到星型接法的轉換，需要延時(shí)6 s；電機啟動(dòng)后需要延時(shí)2 s再啟動(dòng)通道閥和系統閥，同時(shí)給穩壓電源通電。
2．1．3 PLC
為了增加帶負載的能力，微處理器產(chǎn)生的控制和報警信號通過(guò)PLC輸出。該輸出控制電機啟動(dòng)、停止；控制溢流閥的開(kāi)啟、停止；當溫度過(guò)高時(shí)，輸出報警信號。
2．2 軟件
系統軟件在LabWindows／CVI軟件平臺開(kāi)發(fā)，支持的操作系統是Windows 9x和Windows 2000，硬件要求Intel Pentium 166 B，內存128 MB，128 MB以上CF卡和多功能數據采集卡。該軟件可根據設定的曲線(xiàn)模式，輸出數據到電液伺服閥，模擬坦克的顛簸振動(dòng)效果。系統可實(shí)現數據采集、狀態(tài)檢測、曲線(xiàn)顯示、閉環(huán)反饋輸出等功能。
軟件的功能之一是使計算機產(chǎn)生不同的電壓波形，以控制伺服閥的開(kāi)度和方向有：時(shí)速45 km／s，67 km／s顛簸路面；時(shí)速30 km／s；49 km／s凹凸路面；加速行駛；左后、右后左前、右前傾斜。
3 結論
本文實(shí)現了M1A2主戰坦克的各項參數指標模擬包括：時(shí)速67 km／s顛簸路面；時(shí)速48．3 km／s凹凸路面；7 s的時(shí)間內將速度由0～32 km／s加速；爬坡31°，通過(guò)高1 m的左垂直墻、左后、右后、左前、右前傾斜。
該設計主要有三個(gè)特點(diǎn)：
(1)三自由度控制這種程度的復雜運算來(lái)用煙臺中宇航空液壓有限公司的平板電腦完成，實(shí)現了計算機、PLC和觸摸屏三合一，集成化高、連線(xiàn)少、性能穩定、體積小、厚度只有20 cm，較一般的三自由度控制器體積小得多，并且克服了用模擬控制系統實(shí)現時(shí)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)期可靠運行的缺點(diǎn)，克服了一般用數字系統代替模擬系統時(shí)難于三路油缸的實(shí)時(shí)和同步控制的缺點(diǎn)。另外，數字控制系統較模擬控制系統更加靈活，在以后進(jìn)一步的研制中，可以根據具體情況，通過(guò)編程，增加更多的控制功能。
(2)軟件編程使人機界面操作平臺實(shí)現了傻瓜式操作，減少學(xué)習設備的訓練強度。
(3)模擬的道路狀況可通過(guò)實(shí)時(shí)采集數據輸入到計算機。目前，正在進(jìn)行該產(chǎn)品的升級換代，將使新一代產(chǎn)品的功能更加完善，性能更加穩定。
本文設計的M1A2型主戰坦克的坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器，界面操作簡(jiǎn)單，運行穩定，實(shí)時(shí)性好，較好地滿(mǎn)足了對坦克手的模擬訓練要求。實(shí)驗效果表明，該坦克兵動(dòng)態(tài)訓練模擬器可以靈活地模擬坦克經(jīng)過(guò)的各種地形，可以成功地用于坦克兵動(dòng)態(tài)模擬訓練。
本文的研究成果不僅為坦克兵訓練模擬器的進(jìn)一步完善打下基礎，也為諸如飛機、太空艙等其他類(lèi)型的訓練模擬器的研究提供了參考。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/186800.htm
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