基于增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的調(diào)距槳控制器測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，包括調(diào)距槳電控系統(tǒng)、PC上位機(jī)、輸入輸出接口，調(diào)距槳電控系統(tǒng)內(nèi)部包括中心控制箱虛擬模塊、液壓泵站虛擬模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)虛擬模塊，PC上位機(jī)輸出控制參數(shù)設(shè)置到調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊根據(jù)PC上位機(jī)給出的外部監(jiān)控指令進(jìn)行虛擬運(yùn)行，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊自帶運(yùn)行算法和虛擬硬件，調(diào)距槳電控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)送PC上位機(jī)；各個(gè)虛擬模塊中各個(gè)虛擬硬件分別被實(shí)際待測(cè)硬件對(duì)應(yīng)代替進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。提高調(diào)距槳控制系統(tǒng)的開發(fā)效率。真實(shí)子系統(tǒng)與虛擬子系統(tǒng)混合調(diào)試測(cè)試方法，充分發(fā)揮了性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少和出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】
基于増強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的調(diào)距槳控制器測(cè)試平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種控制器開發(fā)測(cè)試平臺(tái)，特別涉及一種基于增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的調(diào)距槳控制器測(cè)試平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]在智能化系統(tǒng)及機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)中，調(diào)試技術(shù)起到了越來越重要的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得調(diào)試技術(shù)向多學(xué)科交叉，從硬件向軟件化的虛擬調(diào)試方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)過程中，考慮技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等方面的原因，建立虛擬調(diào)試系統(tǒng)，可以在虛擬制造環(huán)境下，研發(fā)出具有符合實(shí)際工況的產(chǎn)品。
[0003]針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)只能模擬的不足，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)了虛擬現(xiàn)實(shí)與真實(shí)場(chǎng)景的聯(lián)系，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用真實(shí)傳感技術(shù)接口，將真實(shí)場(chǎng)景的信息反饋植入到虛擬系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)場(chǎng)景與虛擬系統(tǒng)的信息通訊與交流。
[0004]目前，調(diào)距槳廣泛的應(yīng)用于各類艦船上，微機(jī)化調(diào)距槳控制系統(tǒng)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。分布式模塊化的調(diào)距槳控制系統(tǒng)具有易維護(hù)，可移植，可擴(kuò)展的特點(diǎn)，為現(xiàn)代船舶工業(yè)全船監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。但是調(diào)距槳的設(shè)計(jì)需要大型船舶配合調(diào)試，整個(gè)過程耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，而且限制條件比較多。因此開發(fā)一套虛擬調(diào)試平臺(tái)就具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
[0005]微機(jī)化調(diào)距槳控制系統(tǒng)是現(xiàn)代船舶技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。同時(shí)，調(diào)距槳控制器向分布式模塊化發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足設(shè)計(jì)和升級(jí)的需求。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和開發(fā)的基于增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的調(diào)距槳控制器測(cè)試平臺(tái)，更能提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對(duì)實(shí)際艦船個(gè)體巨大，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試費(fèi)用高昂，可操作性不強(qiáng)的問題，提出了一種基于增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的調(diào)距槳控制器測(cè)試平臺(tái)，將各模塊虛擬化，建立虛擬模塊，模擬實(shí)際模塊的輸入輸出，但具有真實(shí)的通訊接口。每個(gè)模塊都有對(duì)應(yīng)的虛擬硬件和虛擬軟件，各模塊進(jìn)行信息交互，也可以和實(shí)際硬件模塊進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)模塊與虛擬系統(tǒng)的混合調(diào)試過程。本發(fā)明調(diào)距槳控制系統(tǒng)是由嵌入式控制器硬件模塊與相對(duì)應(yīng)的嵌入式控制軟件有機(jī)整合而成。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，包括調(diào)距槳電控系統(tǒng)、PC上位機(jī)、輸入輸出接口，調(diào)距槳電控系統(tǒng)內(nèi)部包括中心控制箱虛擬模塊、液壓栗站虛擬模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)虛擬模塊，PC上位機(jī)輸出控制參數(shù)設(shè)置到調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊根據(jù)PC上位機(jī)給出的外部監(jiān)控指令進(jìn)行虛擬運(yùn)行，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊自帶運(yùn)行算法和虛擬硬件，調(diào)距槳電控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)送PC上位機(jī);各個(gè)虛擬模塊中各個(gè)虛擬硬件分別被實(shí)際待測(cè)硬件對(duì)應(yīng)代替進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。
[0008]所述PC上位機(jī)通過CAN通訊接口對(duì)調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊進(jìn)行測(cè)試，所有虛擬模塊中硬件單元互相之間也通過CAN通訊接口進(jìn)行連調(diào)，統(tǒng)一用同一CAN協(xié)議進(jìn)行信息交互。
[0009]所述調(diào)距槳電控系統(tǒng)接收PC上位機(jī)發(fā)出的外部監(jiān)控指令，經(jīng)過控制算法計(jì)算后，發(fā)出控制指令到虛擬硬件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的控制，并將相關(guān)信息發(fā)送回PC上位機(jī)。
[0010]所述中心控制箱虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:接收螺距指令、接收主機(jī)轉(zhuǎn)速航行參數(shù)、反饋當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)信息、異常報(bào)警、發(fā)送螺距控制信息、發(fā)送液壓系統(tǒng)流量控制目標(biāo)信息、卸荷控制、接收螺距反饋、接收備用通道操作狀態(tài)、讀取歷史信息、PID控制參數(shù)設(shè)置及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0011]所述液壓栗站虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:接收螺距控制指令、反饋當(dāng)前螺距、接收比例變量栗控制量或PTO閥控制次序的開關(guān)信號(hào)、傳輸當(dāng)前流量控制模式及電磁閥開關(guān)次序的信號(hào)、PID控制參數(shù)設(shè)置、備用控制允許指令、檢測(cè)正倒車指令、控制正倒車比例閥、控制液壓比例閥、控制卸荷電磁閥、控制比例變量栗、控制PTO電磁閥及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0012]所述系統(tǒng)監(jiān)控虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:檢測(cè)液壓油壓信號(hào)、檢測(cè)液壓溫度信號(hào)、油壓低報(bào)警、油箱油位低報(bào)警、液壓濾器堵塞報(bào)警、回油濾器堵塞報(bào)警、檢測(cè)備用栗狀態(tài)、檢測(cè)提升栗狀態(tài)及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，提高調(diào)距槳控制系統(tǒng)的開發(fā)效率。真實(shí)子系統(tǒng)與虛擬子系統(tǒng)混合調(diào)試測(cè)試方法，充分發(fā)揮了性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少和出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明調(diào)距槳電控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)連接圖；
圖3為本發(fā)明調(diào)距槳電控系統(tǒng)與外部實(shí)體接口示意圖；
圖4為本發(fā)明電控系統(tǒng)軟件模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；
圖5為本發(fā)明中心控制箱軟件功能模塊接口示意圖；
圖6為本發(fā)明液壓栗站軟件功能模塊接口示意圖；
圖7為本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控軟件功能模塊接口示意圖；
圖8為本發(fā)明中心控制箱模塊設(shè)計(jì)方案圖；
圖9為本發(fā)明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)循環(huán)隊(duì)列示意圖；
圖10為本發(fā)明液壓栗站控制模塊方案設(shè)計(jì)圖；
圖11為本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控子模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]調(diào)距槳控制系統(tǒng)是由嵌入式控制器硬件模塊與相對(duì)應(yīng)的嵌入式控制軟件有機(jī)整合而成。
[0016]首先，將調(diào)距槳控制平臺(tái)模塊化。根據(jù)調(diào)距槳電控系統(tǒng)的功能分析，可以按功能劃分為四個(gè)子模塊，分別為中心控制箱模塊、液壓栗站模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊、外部監(jiān)控(PC上位機(jī)端軟件)模塊，各個(gè)模塊功能及輸入輸出接口示意如圖1所示。
[0017]然后，設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的虛擬硬件庫(kù)和虛擬軟件程序。每個(gè)模塊提供CAN雙備份總線傳輸協(xié)議進(jìn)行通訊。
[0018]最后，進(jìn)行虛擬軟硬件替換測(cè)試。硬件模塊開發(fā)完成電子電路設(shè)計(jì)、模塊外形設(shè)計(jì)及軟件代碼移植，實(shí)現(xiàn)調(diào)距槳控制功能。此時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合測(cè)試。如圖2所示調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)連接圖。PC虛擬模塊(PC上位機(jī))通過CAN通訊接口對(duì)其調(diào)距槳控制系統(tǒng)中各個(gè)單元進(jìn)行測(cè)試，所有硬件單元互相之間也通過CAN通訊接口進(jìn)行連調(diào)，統(tǒng)一用同一 CAN協(xié)議進(jìn)行信息交互。
[0019]一、系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì):
通過調(diào)距槳電控系統(tǒng)的需求分析，可以歸納調(diào)距槳電控系統(tǒng)與外部實(shí)體的接口模塊如圖3所示。
[0020]調(diào)距槳電控系統(tǒng)軟件具有“螺距指令”接收接口，可以接收外部監(jiān)控發(fā)送的螺距指令，并經(jīng)過閉環(huán)控制算法計(jì)算后，通過“比例閥指令”接口，發(fā)送到液壓機(jī)組，實(shí)現(xiàn)螺距的動(dòng)態(tài)精確控制。在特殊工況下或比例控制失效狀態(tài)下，液壓機(jī)組可能需要切換到備用通道控制模式，電控系統(tǒng)具有“備用控制允許”接口，接收指令后，通過“卸荷閥指令”接口停止閉環(huán)控制，并通過“正車倒車指令”接口，實(shí)現(xiàn)螺距的手動(dòng)控制，并將相關(guān)信息發(fā)送到外部監(jiān)控。
[0021]調(diào)距槳電控系統(tǒng)具有“主機(jī)轉(zhuǎn)速”狀態(tài)接收接口，接收外部監(jiān)控發(fā)送的當(dāng)前主機(jī)轉(zhuǎn)速信息，并經(jīng)過“主機(jī)轉(zhuǎn)速一流量控制匹配算法”計(jì)算，得到當(dāng)前的比例流量栗控制值或PTO電磁閥的開關(guān)控制序列，控制液壓系統(tǒng)的流量。
[0022]液壓機(jī)組通過“雙聯(lián)螺距反饋信號(hào)”、“系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)”、“系統(tǒng)異常報(bào)警”等檢測(cè)接口將當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)與報(bào)警信息通知調(diào)距槳電控系統(tǒng)，系統(tǒng)將通過對(duì)應(yīng)的軟件接口，利用雙備份數(shù)據(jù)總線，將信息發(fā)送到外部監(jiān)控。
[0023]所有發(fā)送到電控系統(tǒng)操作指令，以及從電控系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，都保存在內(nèi)部中心信息數(shù)據(jù)庫(kù)，該存儲(chǔ)信息可以通過“存儲(chǔ)信息讀取”軟件接口被PC端軟件讀取，以CAN雙備份總線為傳輸通道。PC端軟件還可以通過“控制參數(shù)設(shè)置”接口，設(shè)置比例閥閉環(huán)控制的PID參數(shù)。
[0024]根據(jù)調(diào)距槳電控系統(tǒng)的功能分析，可以按功能劃分為四個(gè)子模塊，分別為中心控制箱軟件功能模塊、液壓栗站軟件功能模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件功能模塊、PC端上位機(jī)軟件功能模塊，如圖4所示電控系統(tǒng)軟件模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。
[0025]中心控制箱軟件功能模塊(簡(jiǎn)稱“中心控制箱功能模塊”或“中心控制箱模塊”)是電控系統(tǒng)的中樞模塊，所有對(duì)外通訊的系統(tǒng)信息都是通過它傳輸?shù)?，無論是控制指令信號(hào)還是系統(tǒng)警報(bào)信號(hào)。例如，中心控制箱軟件功能模塊接收外部監(jiān)控發(fā)送的螺距控制指令，并將其發(fā)送到液壓栗站模塊，液壓栗站軟件功能模塊控制閥指令輸出；中心控制箱接收系統(tǒng)監(jiān)控軟件模塊的當(dāng)前系統(tǒng)報(bào)警信息，并將其通過CAN系統(tǒng)總線發(fā)送到外部監(jiān)控模塊進(jìn)行顯不O
[0026]液壓栗站軟件功能模塊(簡(jiǎn)稱“液壓栗站功能模塊”或“液壓栗站模塊”)主要完成液壓機(jī)組的控制任務(wù)，其將電控中心軟件功能模塊數(shù)據(jù)總線發(fā)送的數(shù)字量控制指令，轉(zhuǎn)化為液壓機(jī)組控制所需的模擬量控制量，并滿足實(shí)時(shí)閉環(huán)控制需求。
[0027]系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件功能模塊(簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能模塊”或“系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊”)監(jiān)測(cè)液壓機(jī)組的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息與報(bào)警信息，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送給中心控制箱模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存與顯示。
[0028]PC端上位機(jī)軟件功能模塊(簡(jiǎn)稱“上位機(jī)軟件”或“PC軟件”)發(fā)送“數(shù)據(jù)讀取”指令到中心控制箱，請(qǐng)求保存的控制輸入指令、控制輸出信號(hào)、系統(tǒng)狀態(tài)信息、報(bào)警信息等，在PC顯示終端實(shí)時(shí)顯示，也可以通過該軟件模塊設(shè)置液壓栗站PID閉環(huán)控制算法的控制參數(shù)。
[0029]二、虛擬軟件模塊設(shè)計(jì)
根據(jù)調(diào)距槳控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將調(diào)距槳控制器各模塊虛擬化，獨(dú)立為“中心控制箱虛擬模塊”、“液壓栗站虛擬模塊”、“系統(tǒng)監(jiān)控虛擬模塊”。同時(shí)根據(jù)整個(gè)虛擬調(diào)試平臺(tái)的需要，設(shè)計(jì)了 “外部監(jiān)控虛擬模塊”。這些模塊的工作運(yùn)行流程與各模塊的功能設(shè)計(jì)相一致，并且虛擬各模塊之間采用真實(shí)的CAN雙備份總線通訊。通過各個(gè)模塊的軟件需求分析，開發(fā)各模塊的模擬軟件，建立一個(gè)項(xiàng)目的虛擬子系統(tǒng)模塊庫(kù)。
[0030]2.1中心控制箱虛擬模塊設(shè)計(jì)
中心控制箱虛擬模塊主要完成:I)接收螺距指令;2)接收主機(jī)轉(zhuǎn)速航行參數(shù);3)反饋當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)信息;4)異常報(bào)警;5)發(fā)送螺距控制信息;6)發(fā)送液壓系統(tǒng)流量控制目標(biāo)信息；7)卸荷控制;8)接收螺距反饋;9)接收備用通道操作狀態(tài)；10)讀取歷史信息；11) PID控制參數(shù)設(shè)置;12)CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0031]中心控制箱軟件功能模塊以中心控制箱硬件平臺(tái)為載體，作為電控系統(tǒng)軟件的中樞核心，連接各個(gè)子功能模塊，如圖5所示中心控制箱軟件功能模塊接口示意圖。
[0032]2.2液壓栗站虛擬模塊設(shè)計(jì)
液壓栗站虛擬模塊主要完成:I)接收螺距控制指令;2)反饋當(dāng)前螺距;3)接收比例變量栗控制量或PTO閥控制次序的開關(guān)信號(hào);4 )傳輸當(dāng)前流量控制模式及電磁閥開關(guān)次序的信號(hào);5)PID控制參數(shù)設(shè)置;6)備用控制允許指令;7)檢測(cè)正倒車指令;8)控制正倒車比例閥；9)控制液壓比例閥；10)控制卸荷電磁閥；11)控制比例變量栗；12)控制PTO電磁閥；13)CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0033]液壓栗站虛擬子模塊軟件功能模塊是基于液壓栗站控制模塊硬件平臺(tái)為控制載體的，在該硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的軟件接口，如圖6所示液壓栗站軟件功能模塊接口示意圖。
[0034]2.3系統(tǒng)監(jiān)控虛擬模塊設(shè)計(jì)
系統(tǒng)監(jiān)控虛擬模塊主要完成:I)檢測(cè)液壓油壓信號(hào);2)檢測(cè)液壓溫度信號(hào);3)油壓低報(bào)警;4)油箱油位低報(bào)警;5)液壓濾器堵塞報(bào)警;6)回油濾器堵塞報(bào)警;7)檢測(cè)備用栗狀態(tài);8)檢測(cè)提升栗狀態(tài);9)CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
[0035]系統(tǒng)監(jiān)控虛擬子模塊是基于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊硬件平臺(tái)為載體的，在該硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的軟件接口，如圖7所示系統(tǒng)監(jiān)控軟件功能模塊接口示意圖。
[0036]2.4外部監(jiān)控虛擬模塊
外部監(jiān)控虛擬模塊界面，主要模擬對(duì)調(diào)距槳控制系統(tǒng)提供螺距和轉(zhuǎn)速信號(hào)。
[0037]三、真實(shí)硬件模塊設(shè)計(jì)
真實(shí)硬件模塊設(shè)計(jì)主要是能配合虛擬系統(tǒng)通訊和軟件容量進(jìn)行的，真實(shí)硬件模塊所用軟件同虛擬軟件。
[0038]3.1中心控制箱硬件模塊
如圖8所示中心控制箱模塊設(shè)計(jì)方案圖。
[0039]中心控制箱功能模塊帶有4路標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B的通訊接口，其中2路作為與外部監(jiān)控、PC端上位機(jī)軟件通訊的雙備份接口，用于傳輸當(dāng)前實(shí)時(shí)的操作信息與系統(tǒng)狀態(tài)信息，以及保存的歷史信息數(shù)據(jù)回傳回放等;另外2路作為與液壓栗站控制模塊的雙備份通訊接口，一路為主干通道，另一路為備用的從線通道，當(dāng)主干通道工作不正常無法通訊時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到從線通道進(jìn)行通訊。
[0040]中心控制箱模塊外擴(kuò)2路具有12位檢測(cè)精度的AD模塊，其中一路用于檢測(cè)輸入的手柄操作信息，指示當(dāng)前螺距的控制目標(biāo)，另外一路檢測(cè)主機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制比例變量栗或PTO電磁閥的開關(guān)組合;系統(tǒng)還具有2路10位檢測(cè)精度的AD模塊，未使用，作為備用資源。中心控制箱模塊將配置12路1管腳用于輸入的數(shù)字量檢測(cè)；
中心控制箱模塊具有4路DA輸出模塊，未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展;該模塊還具有12路DO輸出通道，12路DO輸出通道通過12個(gè)繼電器，轉(zhuǎn)化為12對(duì)的無源觸點(diǎn)。
[0041 ]中心控制箱帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄系統(tǒng)，擴(kuò)展了 4M的FLASH以及2K的FRAM。每條數(shù)據(jù)為8個(gè)字節(jié)，其中4個(gè)字節(jié)為系統(tǒng)時(shí)間信息，可以從帶紐扣電池的外擴(kuò)RTC模塊獲取系統(tǒng)時(shí)間，另夕卜4個(gè)字節(jié)為操作指令、螺距反饋、系統(tǒng)狀態(tài)等信息。歷史數(shù)據(jù)分批量先存儲(chǔ)在FRAM上，當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)超過一頁(yè)FLASH容量時(shí)，再一次性寫入FLASH的一頁(yè)，該方法避免頻繁擦除FLASH，保障存儲(chǔ)設(shè)備的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)記錄事件大于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量時(shí)，存儲(chǔ)模塊將以循環(huán)隊(duì)列結(jié)構(gòu)自動(dòng)丟棄最大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量前的記錄數(shù)據(jù)(替換最老數(shù)據(jù))，保存當(dāng)前有效數(shù)據(jù)，并通過設(shè)置數(shù)據(jù)有效指針標(biāo)記有效數(shù)據(jù)起始點(diǎn)和終點(diǎn)，如圖9所示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)循環(huán)隊(duì)列示意圖。
[0042]3.2液壓栗站硬件模塊:
實(shí)際硬件代替虛擬模塊進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，軟件用實(shí)際硬件自帶的嵌入式軟件，此嵌入式軟件與虛擬軟件相同，這時(shí)候硬件模塊接口替換掉虛擬軟件接口，連接調(diào)距槳控制器系統(tǒng)的變成實(shí)際硬件和軟件模塊，而替換下的虛擬模塊被孤立，失去作用。
[0043]如圖10所示液壓栗站控制模塊方案設(shè)計(jì)圖。
[0044]液壓栗站模塊具有兩路CAN通訊接口，其中一路作為主通道，另外一路作為從線通道，實(shí)現(xiàn)雙線備份。
[0045]液壓栗站模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺距發(fā)訊器產(chǎn)生的雙聯(lián)螺距反饋模擬量4mA?20mA信息，并通過CAN總線將當(dāng)前螺距信息發(fā)送到中心控制箱。機(jī)旁控制箱模塊具有4路12bit精度的AD檢測(cè)通道，其中2路用于雙聯(lián)螺距模擬量檢測(cè)，另外2路未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展；
液壓栗站模塊通接收螺距控制命令信息，檢測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)螺距值，通過PID控制算法計(jì)算，得到控制輸出量，進(jìn)行螺距的閉環(huán)精確控制。模塊設(shè)計(jì)時(shí)帶有4路1bit精度的模擬量控制輸出，其中I路用于螺距閉環(huán)控制的液壓比例閥控制輸出，I路用于流量控制的比例變量栗控制輸出，另夕卜2路DA輸出未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展；
液壓栗站模塊帶有12路1管腳的數(shù)字量輸入檢測(cè)通道，用于檢測(cè)液壓組件或機(jī)械裝置發(fā)出的“零螺距信號(hào)”、“本控/遙控信號(hào)”、“備用控制允許信號(hào)”、“備用通道正車”、“備用通道倒車”等系統(tǒng)狀態(tài)信息。
[0046]液壓栗站模塊帶有丨2路1管腳的數(shù)字量輸出控制通道，DO輸出通過繼電器轉(zhuǎn)化為無源觸點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)“ΡΤ0—級(jí)卸荷”、“ΡΤ0二級(jí)卸荷”、“ΡΤ0三級(jí)卸荷”序列組合的開關(guān)控制，以及對(duì)“卸荷電磁閥”、“正車電磁閥”、“倒車電磁閥”的控制。
[0047]3.3系統(tǒng)監(jiān)控硬件模塊
如圖11所示系統(tǒng)監(jiān)控子模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]系統(tǒng)監(jiān)控子模塊具有兩路CAN通訊接口，其中一路作為主通道，另外一路作為從線通道，實(shí)現(xiàn)雙線備份。
[0049]系統(tǒng)監(jiān)控子模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)油壓信號(hào)及液壓系統(tǒng)油溫信號(hào)，由于檢測(cè)油溫的鉑銠電阻PtlOO傳感器產(chǎn)生的電阻變化信號(hào)不能直接為液壓接線盒模塊所測(cè)量，所以需要通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(例如亞當(dāng)模塊)，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)船用4mA?20mA信號(hào)，才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)檢測(cè)模塊將實(shí)時(shí)測(cè)量值通過CAN總線發(fā)送到中心控制箱。
[0050]系統(tǒng)監(jiān)控子模塊具有4路12bit精度的AD檢測(cè)通道，其中I路用于油壓信號(hào)檢測(cè)，I路用于油溫信號(hào)檢測(cè)，另外2路未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展；
系統(tǒng)監(jiān)控子模塊帶有4路1bit精度的模擬量控制輸出，4路DA輸出都未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展；
系統(tǒng)監(jiān)控子模塊帶有12路1管腳的數(shù)字量輸入檢測(cè)通道，用于檢測(cè)液壓組件或機(jī)械裝置發(fā)出的油壓檢測(cè)信號(hào)，例如“系統(tǒng)油壓低”、“備用出口壓力低”、“重力油箱油位低”、“主油箱油位低”等，以及壓力濾器是否堵塞報(bào)警信號(hào)，例如“壓力濾器Fl報(bào)警”、“壓力濾器F2報(bào)警”、“壓力濾器F3報(bào)警”、“壓力濾器F4報(bào)警”等，并檢測(cè)備用栗及提升栗的狀態(tài)信息，例如“備用栗運(yùn)行指示”、“備用栗過載報(bào)警”、“提升栗運(yùn)行指示”、“提升栗過載報(bào)警”等。
[0051]系統(tǒng)監(jiān)控子模塊帶有12路1管腳的數(shù)字量輸出控制通道，DO輸出通過繼電器轉(zhuǎn)化為無源觸點(diǎn)，12路DO輸出未使用，作為系統(tǒng)備用資源，以待擴(kuò)展；
四增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合測(cè)試技術(shù)；
在軟件開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)一套純虛擬的調(diào)距槳控制器系統(tǒng)，而且該模擬系統(tǒng)也是采用模塊化設(shè)計(jì)，獨(dú)立為“中心控制箱虛擬模塊”、“機(jī)旁控制箱虛擬模塊”、“液壓接線盒虛擬?！缐?，這些模塊的工作運(yùn)行流程與各模塊的軟件分析設(shè)計(jì)相一致，并且虛擬各模塊之間采用真實(shí)的CAN雙備份總線通訊。如此，則各模塊之間無法判斷與自己通訊的“實(shí)體”為虛擬模塊，還是真實(shí)硬件模塊，而只是進(jìn)行相同的CAN信息交互，所以利用該技術(shù)就可以將真實(shí)硬件模塊置換入虛擬控制器系統(tǒng)，驗(yàn)證真實(shí)硬件模塊的正確性與有效性。
[0052]在軟件開發(fā)階段，通過各個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)模塊的軟件需求分析，開發(fā)各模塊的模擬軟件，驗(yàn)證軟件需求的正確性，并建立在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)項(xiàng)目的虛擬硬件模塊庫(kù)。
[0053]在軟件模擬測(cè)試階段，利用各個(gè)虛擬硬件模塊庫(kù)，實(shí)現(xiàn)各模塊的虛擬聯(lián)合調(diào)試，規(guī)范各個(gè)模塊之間的通訊接口及通訊協(xié)議，使各個(gè)模塊相互獨(dú)立。在建立了虛擬測(cè)試平臺(tái)之后，模塊之間已相互獨(dú)立，所以后期軟硬件測(cè)試時(shí)可以用真實(shí)的硬件模塊逐個(gè)替換虛擬硬件模塊，實(shí)現(xiàn)單模塊的系統(tǒng)測(cè)試。
[0054]硬件開發(fā)模塊完成電子電路設(shè)計(jì)、模塊外形設(shè)計(jì)及軟件代碼的移植，完成項(xiàng)目的調(diào)距槳控制功能。
[0055]軟硬件結(jié)合測(cè)試階段，首先將開發(fā)完成后的硬件模塊在虛擬測(cè)試平臺(tái)上完成單模塊測(cè)試，在驗(yàn)證各模塊接口及功能正確后，再將多模塊聯(lián)合成控制系統(tǒng)進(jìn)行外部輸入的模擬測(cè)試，最后在調(diào)距槳系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架上完成各種性能測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，包括調(diào)距槳電控系統(tǒng)、PC上位機(jī)、輸入輸出接口，調(diào)距槳電控系統(tǒng)內(nèi)部包括中心控制箱虛擬模塊、液壓栗站虛擬模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)虛擬模塊，PC上位機(jī)輸出控制參數(shù)設(shè)置到調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊根據(jù)PC上位機(jī)給出的外部監(jiān)控指令進(jìn)行虛擬運(yùn)行，調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊自帶運(yùn)行算法和虛擬硬件，調(diào)距槳電控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)送PC上位機(jī);各個(gè)虛擬模塊中各個(gè)虛擬硬件分別被實(shí)際待測(cè)硬件對(duì)應(yīng)代替進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，所述PC上位機(jī)通過CAN通訊接口對(duì)調(diào)距槳電控系統(tǒng)中各個(gè)虛擬模塊進(jìn)行測(cè)試，所有虛擬模塊中硬件單元互相之間也通過CAN通訊接口進(jìn)行連調(diào)，統(tǒng)一用同一 CAN協(xié)議進(jìn)行信息交互。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，所述調(diào)距槳電控系統(tǒng)接收PC上位機(jī)發(fā)出的外部監(jiān)控指令，經(jīng)過控制算法計(jì)算后，發(fā)出控制指令到虛擬硬件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的控制，并將相關(guān)信息發(fā)送回PC上位機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，所述中心控制箱虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:接收螺距指令、接收主機(jī)轉(zhuǎn)速航行參數(shù)、反饋當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)信息、異常報(bào)警、發(fā)送螺距控制信息、發(fā)送液壓系統(tǒng)流量控制目標(biāo)信息、卸荷控制、接收螺距反饋、接收備用通道操作狀態(tài)、讀取歷史信息、PID控制參數(shù)設(shè)置及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，所述液壓栗站虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:接收螺距控制指令、反饋當(dāng)前螺距、接收比例變量栗控制量或PTO閥控制次序的開關(guān)信號(hào)、傳輸當(dāng)前流量控制模式及電磁閥開關(guān)次序的信號(hào)、PID控制參數(shù)設(shè)置、備用控制允許指令、檢測(cè)正倒車指令、控制正倒車比例閥、控制液壓比例閥、控制卸荷電磁閥、控制比例變量栗、控制PTO電磁閥及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述調(diào)距槳控制器增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)調(diào)試平臺(tái)，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)控虛擬模塊輸入輸出信號(hào)包括:檢測(cè)液壓油壓信號(hào)、檢測(cè)液壓溫度信號(hào)、油壓低報(bào)警、油箱油位低報(bào)警、液壓濾器堵塞報(bào)警、回油濾器堵塞報(bào)警、檢測(cè)備用栗狀態(tài)、檢測(cè)提升栗狀態(tài)及CAN雙備份總線傳輸協(xié)議。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK105955234SQ201610327603
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】洪術(shù)華, 易小冬, 李廣瑞
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所