專利名稱：深度模擬器實時控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種具有實時控制功能的壓力自動控制裝置。
背景技術(shù)：
深度模擬器是水下航行器半實物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，它接收來自仿真主機(jī)代表航行深度的電壓信號，通過電液變換將其變?yōu)橄鄳?yīng)的壓力信號，并施加于被試器件上。 深度模擬器主要用于水下航行器的航行深度模擬，也可用作一般壓力變送器的靜、動態(tài)加壓試驗?？跌P舉在《一種提高水壓仿真器精度的新方法》中利用80C196KB單片機(jī)實現(xiàn)了深度模擬器的控制系統(tǒng)設(shè)計，并采用大小量程傳感器自動切換提高了大測量范圍下淺水的定深精度。萬亞民在《一種高性能水壓仿真器的研究》一文中提出使用工控機(jī)作為信號采集及控制系統(tǒng)，并在Windows操作環(huán)境下，用VC++軟件實現(xiàn)了對壓力系統(tǒng)的控制以及對仿真過程的顯示。上述深度模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計存在以下問題應(yīng)用硬件電路設(shè)計的控制器，由于模擬控制器參數(shù)確定不變，以及伺服閥本身的非線性，很難在大的深度范圍內(nèi)使系統(tǒng)穩(wěn)定。 基于軟件的控制系統(tǒng)雖具備較強(qiáng)的通用功能，但其軟件設(shè)計是基于Windows操作系統(tǒng)，而該系統(tǒng)是非實時操作系統(tǒng)，線程優(yōu)先級少；隱含不確定的線程調(diào)度機(jī)制；缺乏直接對I/O設(shè)備進(jìn)行訪問的能力；定時器精度差，漂移現(xiàn)象嚴(yán)重，很難滿足半實物仿真對實時性的要求； 缺乏對采集信號的濾波，這樣由于外界環(huán)境干擾引起的誤差會大大降低閉環(huán)的控制精度。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有系統(tǒng)不穩(wěn)定或非實時操作、控制精度低等不足，本發(fā)明提供一種基于RTX(Real Time Extension)的深度模擬器實時控制系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)深度模擬器實時性和通用性的矛盾，提高了閉環(huán)控制回路的控制精度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是深度模擬器包括控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制計算機(jī)、PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡和PCI-1723數(shù)據(jù)輸出卡，液壓系統(tǒng)包括液壓泵站、電液伺服閥和雙量程壓力傳感器。液壓泵站提供穩(wěn)定的油源給電液伺服閥的壓力腔；使壓力腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，壓力分為兩路，一路加載到用戶傳感器上，另一路加載到雙量程壓力傳感器上，所述的雙量程壓力傳感器包括O-IOMPa壓力傳感器和0-2MPa壓力傳感器，PCI-1716是16位16通道多功能數(shù)據(jù)采集卡，其中0通道與O-IOMI^壓力傳感器相連，用于獲取大量程傳感器反饋的代表深度的電壓信號，2通道與0-2MI^壓力傳感器相連，用于獲取小量程傳感器反饋代表深度的電壓信號；將PCI-1716采集的雙量程傳感器反饋電壓信號輸送到工業(yè)控制計算機(jī)，由其完成信號轉(zhuǎn)換、雙量程自動切換和卡爾曼濾波，將反饋電壓信號轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)信號作為系統(tǒng)反饋值，工業(yè)控制計算機(jī)接收仿真主機(jī)傳遞來的數(shù)字深度信號轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)信號，作為深度模擬器系統(tǒng)的參考輸入值，由工業(yè)控制計算機(jī)求解誤差量并進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算后代表深度的數(shù)值量轉(zhuǎn)換為電壓信號通過PCI-1723數(shù)據(jù)輸出卡控制電液伺服閥的開口大小及進(jìn)、出油，使工作腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。所述的PCI-1723為16位8通道數(shù)據(jù)輸出卡，可輸出-10 10VDC、0 20mA及 4 20mA等類型信號，根據(jù)功能需求，采用-10 10VDC方式，其中0通道向液壓系統(tǒng)的伺服閥輸出控制電壓信號。本發(fā)明所述基于RTX的深度模擬器實時控制系統(tǒng)的控制方法包括以下六個步驟(1)實時獲取仿真主機(jī)傳送來的數(shù)字深度信號，并將其轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)信號，作為深度模擬器的參考輸入；(2) RTX實時控制模塊周期性地采集與雙量程傳感器相連接的PCI-1716上0通道和2通道的電壓信號；(3)將PCI-1716上0通道和2通道的電壓信號轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)信號，并進(jìn)行雙量程傳感器壓力自動切換和接力區(qū)平滑處理；為保證系統(tǒng)具有大的工作范圍，且在淺水時深度模擬器有很高的仿真精度，本發(fā)明采用雙量程傳感器自動切換反饋控制，即在淺水時用小量程傳感器(0_2MPa)反饋信號， 在深水時用大量程傳感器(O-IOMPa)反饋信號，這樣理論上淺水時的測量精度將提高5倍， 大大提高了整個系統(tǒng)的仿真精度。但如果在切換點(diǎn)附近數(shù)據(jù)處理不妥，系統(tǒng)在此點(diǎn)處很可能產(chǎn)生振蕩，因此在系統(tǒng)設(shè)計時需解決的主要問題是選擇切換區(qū)域，即接力區(qū)，并對該區(qū)域的壓力值進(jìn)行平滑處理。針對此問題，設(shè)計自動平滑處理算法平滑壓力反饋值，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。具體方法如下設(shè)O-IOMPa的傳感器輸出值經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的壓強(qiáng)值為P1,設(shè)0_2MPa的傳感器輸出值經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的壓強(qiáng)值為P2, P為數(shù)據(jù)處理后的壓強(qiáng)值，則當(dāng) P2 彡 OMPa 時，P = 0 ；當(dāng) OMPa < P2 < 1. 8MPa 時，P = P2 ；
(P +p\當(dāng) 1. 8MPa 彡 P2 < 2. 2MPa 時，尸=、1 二 “；當(dāng) P2 彡 2. 2MPa 時，P = P115(4)采用卡爾曼濾波算法對平滑處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并將濾波后的結(jié)果作為深度模擬器的反饋信號；由于深度模擬器各設(shè)備本身工作時引起的噪聲和外界環(huán)境引起的干擾等都會對采集的信號產(chǎn)生影響，這樣也就導(dǎo)致計算的結(jié)果產(chǎn)生誤差，為此本發(fā)明采用卡爾曼濾波算法對平滑處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，在每個遞推周期中實現(xiàn)對被估計量的時間更新和測量數(shù)據(jù)更新，其中時間更新由上一步的測量數(shù)據(jù)更新結(jié)果和設(shè)計卡爾曼濾波器時的先驗信息確定，量測更新則在時間更新的基礎(chǔ)上根據(jù)實時獲得的測量數(shù)據(jù)確定。具體的算法步驟為A.建立深度模擬器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 深度模擬器系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為樹
權(quán)利要求1.一種深度模擬器實時控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制計算機(jī)、PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡和PCI-1723數(shù)據(jù)輸出卡，液壓系統(tǒng)包括液壓泵站、電液伺服閥和雙量程壓力傳感器，其特征在于液壓泵站提供穩(wěn)定的油源給電液伺服閥的壓力腔；使壓力腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，壓力分為兩路，一路加載到用戶傳感器上，另一路加載到雙量程壓力傳感器上，所述的雙量程壓力傳感器包括O-IOMPa壓力傳感器和0-2MPa壓力傳感器，PCI-1716是16位16通道多功能數(shù)據(jù)采集卡，其中0通道與O-IOMPa壓力傳感器相連，2通道與0-2MPa壓力傳感器相連；將PCI-1716采集的雙量程傳感器反饋電壓信號輸送到工業(yè)控制計算機(jī)，由其完成信號轉(zhuǎn)換、雙量程自動切換和卡爾曼濾波，將反饋電壓信號轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)信號作為系統(tǒng)反饋值，工業(yè)控制計算機(jī)接收仿真主機(jī)傳遞來的數(shù)字深度信號轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)信號，作為深度模擬器系統(tǒng)的參考輸入值，由工業(yè)控制計算機(jī)求解誤差量并進(jìn)行PID 運(yùn)算，將運(yùn)算后代表深度的數(shù)值量轉(zhuǎn)換為電壓信號通過PCI-1723數(shù)據(jù)輸出卡控制電液伺服閥的開口大小及進(jìn)、出油，使工作腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深度模擬器實時控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PCI-1723為 16位8通道數(shù)據(jù)輸出卡，采用-10 10VDC方式，其中0通道向液壓系統(tǒng)的伺服閥輸出控制電壓信號。
專利摘要本實用新型公開了一種深度模擬器實時控制系統(tǒng)，液壓泵站提供油源使壓力腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，壓力一路加載到用戶傳感器上，另一路加載到雙量程壓力傳感器上，將PCI-1716采集的雙量程傳感器反饋電壓信號輸送到工業(yè)控制計算機(jī)，將反饋電壓信號轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)信號作為系統(tǒng)反饋值，工業(yè)控制計算機(jī)接收仿真主機(jī)傳遞來的數(shù)字深度信號轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)信號，作為深度模擬器系統(tǒng)的參考輸入值，由工業(yè)控制計算機(jī)求解誤差量并進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算后代表深度的數(shù)值量轉(zhuǎn)換為電壓信號通過PCI-1723數(shù)據(jù)輸出卡控制電液伺服閥的開口大小及進(jìn)、出油，使工作腔產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。本實用新型低延時、高實時，減小了仿真誤差，提高了控制精度。
文檔編號G05B17/02GK201936141SQ20102060799
公開日2011年8月17日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者康鳳舉, 李家寬, 楊惠珍, 郝莉莉 申請人:西北工業(yè)大學(xué)