调距桨系统半物理仿真研究

作     者：李广瑞 

作者单位：中国舰船研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：焦侬

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：调距桨 控制系统 嵌入式 半物理仿真 

摘      要：近年来调距桨性能提高，对控制系统的功能和性能提出了更加严格的要求。新一代调距桨控制系统基于嵌入式控制器，需要具有完善的控制功能以满足调距桨控制要求，同时又要具有高可靠性。要开发具有如此先进功能的控制器，需要在样机试验上花费大量的时间和物力成本，目前对调距桨控制器性能的测试主要在台架试验上完成，这为控制器的前期开发带来极大的不便。为了解决这一难题，提出了建立调距桨系统半物理仿真平台的研究课题。本课题拟建立一个以研究控制为目的调距桨伺服系统实时仿真模型，可以为调距桨控制器的软硬件测试和调试提供虚拟控制对象。 本文在查阅国内外相关领域技术资料，分析控制系统半物理仿真技术现状和发展趋势的基础上，开展了调距桨系统半物理仿真技术研究，研究工作主要在以下几个方面展开： 1.基于某型调距桨试验台架，依据其工作机理建立了伺服系统数学模型并进行了离线仿真。同时探索应用AMESim/Simulink的联合建模仿真技术对理论模型进行检验，发挥AMESim与Simulink各自的优势所建立的伺服系统模型可以比较准确地模拟实际系统的工作状态，将其与机理建模所获得的模型进行比较，从而检验理论模型的准确性。 2.为了弥补理论模型精度不足，探索利用系统辨识来校正调距桨模型的参数。设计了合理的实验方案，获取调距桨系统输入、输出数据，在进行必要的处理后，利用最小二乘法和梯度校正法两种参数估计法对试验数据进行辨识，最终获得与台架实验性能较为相符的调距桨伺服系统模型。 3.设计调距桨嵌入式控制系统。硬件系统采用分布式方案，包含两个中心控制模块和多个I/O模块，各模块之间采用高可靠性的CAN总线实现数据通讯交换;软件系统按功能被划分为中心控制功能模块、液压泵站功能模块、系统监测功能模块、PC端上位机功能模块四个子模块。此外还设计了界面友好的PC端人机交互平台，以适应调距桨的控制要求。 4.基于xPC Target技术搭建调距桨半物理系统仿真平台。xPC Target技术采用宿主机-目标机工作模式，宿主机上运行实时仿真模型，在目标机上执行实施代码。将调距桨控制器通过I/O接口模块与目标机相连，从而构建起调距桨系统半物理仿真平台。利用此仿真平台对控制器性能进行测试与验证。 本文研究的调距桨系统半物理仿真平台可以在控制器开发初期替代试验台架，对控制器性能进行检验，从而极大地缩短控制系统的开发周期、减低人力物力成本;此仿真平台还可作为其他调距桨相关工程项目的开发平台。