半实物仿真技术PPT
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关键词:机车控制系统;半实物仿真;HIL测试由于机车控制系统是一个复杂的非线性系统,设计和分析难度较大,为避免试验过程中缺少对中断延迟、执行时间等实时数据的采集,影响控制系统动态和稳态性能的研究,在研究中采用半实物仿真的测试方法,得到较为理想的试验结果,为缩短交流传动系统研发时间、降低测试成本、提高系统软硬件质量和可靠性提供有利依据。
1半实物仿真介绍半实物仿真的测试方法分为快速控制原型(以下简称RCP,RapidControlPrototyping)和硬件在回路(以下简称HIL,HardwareintheLoop),这两种形式在整个半实物仿真试验过程中相辅相成。
RCP过程采用“虚拟控制器+实际被控对象”的模式;HIL过程采用的是“实际控制器+虚拟被控对象”的模式。
其中,针对带载有功率的设备主要采用HIL测试方式,因此机车控制器的半实物仿真采用HIL测试的方式。
HIL测试方式是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态,通过I/O接口与控制器实物相连接,实现对控制器的性能指标、容错能力等方面的测试。
2测试方案(1)硬件平台。
测试过程中涉及的硬件平台设备包括:上位机、转换器、仿真机以及实际控制器,这些设备之间呈环形连接状态。
上位机根据输入的指令建立与实际控制器相对应的数学模型,并对数学模型进行编码,生成仿真机可识别的目标代码。
目标代码经上位机的通信转换卡、通信线缆、仿真机通信接口下载至仿真机中。
同时,上位机可以利用调试软件根据实际控制器需要的工况和功能生成与之相应的控制信号,并将该控制信号经上位机的通信转换头和通信线缆传输到实际控制器中。
仿真机运行经由上位机而来的目标代码,并根据转化器输出的反馈信号生产环境模拟信号,将该环境模拟信号输入转换器,转化器传导环境模拟信号至机车的实际控制器,控制器生成的信号再经由此路径以反馈输入信号的形式传递给仿真机。
通过断线测试箱(以下简称BOB,BreakOutBox),可以在不中断信号连接的情况下对信号进行测试;也可以断开连接,直接从输出端子处为实际控制器引入激励信号或对I/O信号进行静态测试,以确认信号是否正确。
半实物仿真工厂1意义传统对于全流程工艺装置的实训一般采用真实工厂装置参观学习及建设小试、中试装置进行投料的实操实训方式。
对于真实工厂装置,受训人员在工厂基本仅限于认知实习;对于走料的小试、中试却也难以满足各类实操的需求,这些问题包括:•走料装置很难模拟复杂过程;•投料成本过高,不适合大量受训人员进行训练;•高温、高压对装置要求过高,容易造成危险;•耗能巨大,造成装置长期停滞;•装置大小限制正常工艺;•产品和副产物难以处理,且尾气、废水排放造成环境问题。
以煤化工(为例)实际工厂为原型的半实物仿真工厂,可根据实训中心场地情况,设备装置参照真实工业现场的实际情况按一定比例缩小进行设计,设计在贴近工业实际的同时也较好的符合实训中心的实际情况。
受训人员在设备装置上可进行正常的外操训练,完成在实物装置上的正常操作、冷态开车、正常停车和各种生产故障处理操作等培训,直观深刻地体验工厂生产的过程、原理及操作规程。
煤化工仿真软件对真实工厂的生产全过程进行高精度的动态模拟。
仿真软件针对工艺装置进行模拟,与真实DCS系统软件进行无缝集成。
受训人员在真实DCS软件的操作员界面上进行内操训练,全面了解各类传感器、连锁和控制策略。
下图为半实物仿真工厂实例图:2部署方式半实物仿真工厂培训室所部署的系统为在线仿真系统,即包括实物对象装置、仿真软件、仿真仪表和DCS硬件及电气系统(详细框架介绍可查看第3节:系统框架)。
在线仿真系统可实现仿真软件与现场实物的数据交互,实现内外操协同操作。
为方便教学,满足大量学生同时培训和平时训练,除了配置软硬件的培训室,半实物仿真工厂也会伴随一个仿真培训室。
仿真培训室用于部署离线仿真系统,即为单纯的仿真软件系统。
离线仿真系统界面操作除了包含在线系统的DCS流程界面外,还增加了现场界面用来模拟对象装置的现场设备,将对象设备中的操控转移到软件界面的操作。
受训人员可以脱离工艺流程实物装置进行离线仿真培训,也可基于工艺流程实物装置进行在线仿真实训。