動(dòng)態(tài)訓(xùn)練模擬器液壓控制裝置系統(tǒng)
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2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件
坦克兵動(dòng)態(tài)訓(xùn)練模擬器的硬件系統(tǒng)包括開關(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(jì)算機(jī)
系統(tǒng)采用了嵌入式平板電腦ZY-100作為人機(jī)界面和控制器，它集微處理器、PLC、觸摸屏、A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換為一體。模擬訓(xùn)練器通過(guò)底部的三路油缸控制頂部平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，油缸的運(yùn)動(dòng)軌跡由給定的計(jì)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)伺服閥的開度和方向以及位移傳感器的反饋來(lái)確定運(yùn)動(dòng)位置，達(dá)不到實(shí)時(shí)性要求就無(wú)法對(duì)油缸位置進(jìn)行精確的控制。平臺(tái)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(shè)想的運(yùn)動(dòng)軌跡，達(dá)不到預(yù)定的目的。
液壓伺服系統(tǒng)控制效果好是因?yàn)椴捎媚M系統(tǒng)(響應(yīng)快)，但由于參數(shù)調(diào)整非常難，自適應(yīng)性差，以及參數(shù)漂移等問(wèn)題使模擬系統(tǒng)難以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，用數(shù)字系統(tǒng)代替模擬系統(tǒng)時(shí)，只有當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)采樣時(shí)間和響應(yīng)(循環(huán)周期)時(shí)間達(dá)到1～2 ms時(shí)基本上與模擬系統(tǒng)一樣，達(dá)到1 ms時(shí)，效果更好。為了滿足液壓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求，先后試驗(yàn)過(guò)工控機(jī)、PLC等多種控制平臺(tái)，但是大多不能滿足苛刻的實(shí)時(shí)性要求，最終采用自行研制的響應(yīng)快、可靠性高的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了嵌入式控制器一一嵌入式平板電腦ZY-100作為人機(jī)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(yīng)速度快。位移傳感器送過(guò)來(lái)的電流信號(hào)，能迅速轉(zhuǎn)化成位移量，獲得油缸的當(dāng)前位置，與給定的目標(biāo)位置進(jìn)行比較輸出，控制油缸的運(yùn)動(dòng)。在CPU強(qiáng)大的計(jì)算能力支持下，從采集、轉(zhuǎn)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(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(biāo)如下：
(1)24路可編程TTL電平開關(guān)量輸入輸出；
(2)16路單端／8路雙端模入；
(3)4路獨(dú)立模出；
(4)3路計(jì)數(shù)通道。
2．1．2 電源與接地
本文采用明偉牌開關(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(tǒng)配有UPS，保證系統(tǒng)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(jī)時(shí)有三角型接法到星型接法的轉(zhuǎn)換，需要延時(shí)6 s；電機(jī)啟動(dòng)后需要延時(shí)2 s再啟動(dòng)通道閥和系統(tǒng)閥，同時(shí)給穩(wěn)壓電源通電。
2．1．3 PLC
為了增加帶負(fù)載的能力，微處理器產(chǎn)生的控制和報(bào)警信號(hào)通過(guò)PLC輸出。該輸出控制電機(jī)啟動(dòng)、停止；控制溢流閥的開啟、停止；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
2．2 軟件
系統(tǒng)軟件在LabWindows／CVI軟件平臺(tái)開發(fā)，支持的操作系統(tǒng)是Windows 9x和Windows 2000，硬件要求Intel Pentium 166 B，內(nèi)存128 MB，128 MB以上CF卡和多功能數(shù)據(jù)采集卡。該軟件可根據(jù)設(shè)定的曲線模式，輸出數(shù)據(jù)到電液伺服閥，模擬坦克的顛簸振動(dòng)效果。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測(cè)、曲線顯示、閉環(huán)反饋輸出等功能。
軟件的功能之一是使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生不同的電壓波形，以控制伺服閥的開度和方向有：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(jié)論
本文實(shí)現(xiàn)了M1A2主戰(zhàn)坦克的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)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(nèi)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(shè)計(jì)主要有三個(gè)特點(diǎn)：
(1)三自由度控制這種程度的復(fù)雜運(yùn)算來(lái)用煙臺(tái)中宇航空液壓有限公司的平板電腦完成，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、PLC和觸摸屏三合一，集成化高、連線少、性能穩(wěn)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)由于參數(shù)調(diào)整非常難，自適應(yīng)性差以及參數(shù)漂移等問(wèn)題使得模擬系統(tǒng)難以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的缺點(diǎn)，克服了一般用數(shù)字系統(tǒng)代替模擬系統(tǒng)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(shù)字控制系統(tǒng)較模擬控制系統(tǒng)更加靈活，在以后進(jìn)一步的研制中，可以根據(jù)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(jī)界面操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了傻瓜式操作，減少學(xué)習(xí)設(shè)備的訓(xùn)練強(qiáng)度。
(3)模擬的道路狀況可通過(guò)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)。目前，正在進(jìn)行該產(chǎn)品的升級(jí)換代，將使新一代產(chǎn)品的功能更加完善，性能更加穩(wěn)定。
本文設(shè)計(jì)的M1A2型主戰(zhàn)坦克的坦克兵動(dòng)態(tài)訓(xùn)練模擬器，界面操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性好，較好地滿足了對(duì)坦克手的模擬訓(xùn)練要求。實(shí)驗(yàn)效果表明，該坦克兵動(dòng)態(tài)訓(xùn)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(xùn)練。
本文的研究成果不僅為坦克兵訓(xùn)練模擬器的進(jìn)一步完善打下基礎(chǔ)，也為諸如飛機(jī)、太空艙等其他類型的訓(xùn)練模擬器的研究提供了參考。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/186800.htm
評(píng)論