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半实物仿真技术基础及应用实践半实物仿真技术，是一种将实物元素与虚拟元素结合的仿真技术。
它结合了虚拟现实技术、计算机图形学、人机交互技术等多个学科的知识，旨在模拟真实环境，为用户提供身临其境的体验。
半实物仿真技术的基础是虚拟现实技术。
虚拟现实技术通过计算机生成的图像和声音，为用户创造了一个仿真的虚拟世界。
完全依靠虚拟现实技术存在一些局限性，如缺乏真实感和触感，无法真实模拟物体的质感和重量等。
为克服这些问题，半实物仿真技术引入了实物元素，使用户能够感受到真实的触觉和交互体验。
在半实物仿真技术的应用实践中，存在着广泛的领域和应用。
其中之一是娱乐和游戏领域。
通过使用半实物仿真技术，游戏开发者可以为玩家打造出更加真实的游戏体验，例如使用物理反馈设备模拟武器的震动和力量，或者使用运动捕捉技术追踪玩家的动作实时反馈到虚拟世界中。
除了娱乐和游戏领域，半实物仿真技术也被应用于教育和培训领域。
通过使用半实物仿真技术，教育者可以创造出逼真的场景，使学生能够在安全的环境中进行实践和训练。
在医学教育中，半实物仿真技术可以用于模拟手术操作，使学生能够在模拟器上练习真实的手术技能。
半实物仿真技术还可以应用于产品设计和工程领域。
通过使用半实物仿真技术，设计师和工程师可以在设计过程中进行虚拟测试和验证。
这样可以大大减少实际原型的制作成本和时间，同时提高产品的质量和可靠性。
半实物仿真技术在各个领域中都有广泛的应用。
它不仅可以提供身临其境的体验，还可以大大提升效率和减少成本。
随着技术的不断发展，半实物仿真技术将会在更多的领域中得到应用，并为我们带来更好的体验和效果。
MVB在半实物仿真平台中的研究与应用邢培栋【摘要】In order to achieve the hardware-in-the-loop simulation platform in the train network control system of rail transit collar to resolve the issue that most current mainstream simulation platform does not support the train network bus,a simulation platform based HiGale is design,which including the development of interfacethe driver to the simulation platform and the Multifunction Vehicle Bus and user interface to the co-simulation with Matlab/Simulink software.%为了实现半实物仿真系统在轨道交通领域网络控制系统中的应用,解决目前市场上主流仿真平台不支持列车网络总线的问题,以HiGale仿真计算机为基础平台,设计了仿真平台与多功能车辆总线接口驱动程序,以及与Matlab/Simulink软件进行联合仿真的用户界面.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】4页(P33-36)【关键词】半实物仿真;列车通信网络;多功能车辆总线;Matlab/Simulink建模【作者】邢培栋【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200030;北京经纬恒润科技有限公司,上海200235【正文语种】中文【中图分类】TP3911 引言随着计算机技术的发展，半实物仿真作为一种简便而成熟的技术已经被广泛的应用于航空、航天、航海、汽车电子等领域。
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。
半实物仿真平台简介2.1组成半实物仿真平台主要由主控计算机、仿真计算机、控制计算机（原型机）、A/D接口、D/A接口及相关能源设备、记录设备等组成，如图1所示。
其中被控对象采用数学仿真，由dSPACE仿真计算机通过软件实现；控制计算机用仿真实物实现，即用dSPACE标准组件作为控制计算机的快速原型机，实现控制计算机功能；仿真计算机通过A/ D、D/A等输入输出口与控制系统实物相互，实现数字控制器与外界设备的信息交换。
输入和输出信息分别从转接口和dSPACE引出，通过记录仪进行记录。
2.2主控计算机主控计算机是整个仿真系统的上位机，采用有多个ISA总线的工控机，安装MATLAB6.5系列软件、dSPACE软件，用于构建控制系统Simulink框图、进行系统参数优化和数字仿真、控制仿真过程、编译下载仿真软件、输入输出仿真结果等。
根据控制系统设计和建模结果，利用MATLAB/Simulink构建系统数字仿真框图，进行数字仿真和控制参数优化。
在数字仿真的基础上，利用dSPACE提供的RTI软件，将被控对象的Simulink框图生成实时代码并自动下载到dSPACE仿真计算机中；将控制器控制方程的Simulink框图生成实时代码并自动下载到dSPACE快速原型机中。
用dSPACE提供的综合试验与测试环境软件ControlDesk、自动实验及参数调整软件MLIB/MTRACE、PC与实时处理器通信软件CLIB 以及实时动画软件RealMotion等实现试制和参数测量。
该软件环境可以方便地实成、下载和试验调试等工作。
2.3仿真计算机用dSPACE标准组件系统DS1005PPC处理器板作为仿真计算机，用以模拟被控对象。
DS1005PPC处理器与主控机之间用光缆连接交换数据。
DS1005PPC板主频480MHz；片内数缓存均为32KwordS；通过32位PHS总16块I/O板，通过ISA总线与主机进行并具有相当强的计算能力。
FADEC半实物仿真平台测控系统设计陈盛【摘要】在航空发动机控制系统的研制过程中,利用半实物仿真环境开展控制系统集成试验,可在逼近真实台架试车的条件下,验证控制系统各项功能性能.在某型半实物仿真设备建设过程中,分析了设备实际需求,引入了Ethercat工业以太网技术实施测控系统构建,并完成设备建设.该平台投用后,用于多个项目研制,缩短了项目开发周期,节约了研制经费,降低了开发风险.%In the process of designing the aero-engine Fadec system, using closed-loop simulation environment to develop integration test can validate FADEC' s functions and performances, due to the environment is accordant with real engine test conditions. This paper proposes facility construct process of a closed-loop simulation equipment, analyzing the actual demand of equipment, inducting Ethercatto implement the measurement and control system, a kind of Industrial Ethernet technology. The closed-loop simulation equipment has be used to develop a plurality of FADECs, after it been achieved. The closed-loop simulation test is beneficial to Shorten development cycle, save experiment cost and reduce development risk.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2012(028)012【总页数】3页(P32-34)【关键词】航空发动机数控系统;半实物仿真;Ethercat【作者】陈盛【作者单位】上海交大,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TP150 引言航空发动机控制系统，是决定航空发动机性能的一个关键功能系统，在航空发动机发展中占据了十分重要的地位。
目录1. AppSIM简介 (1)1.1. 产品简介 (1)1.2. 产品特点 (1)2. 安装AppSIM (3)2.1. 系统运行环境需求 (3)2.2. 操作系统配置需求 (3)2.3. 安装软件 (4)2.4. 其他安装细节问题 (7)3. 使用AppSIM (12)3.1. 启动AppSIM (12)3.2. 使用Demo模型 (13)3.2.1. 新建工程 (13)3.2.2. 工程文件夹结构 (14)3.2.3. 模型参数设置 (15)3.2.4. 编辑模型 (18)3.2.5. 构建可执行程序 (19)3.2.5.1. 模型分割 (20)3.2.5.2. 将模型转为C代码 (22)3.2.5.3. 上传代码到QNX (23)3.2.5.4. 在QNX上编译代码和链接 (24)3.2.6. 开始模型仿真 (25)3.2.7. 停止模型仿真 (26)3.2.8. 在线调参 (27)3.2.9. 清理模型 (29)4. 其他功能 (30)4.1. 文件夹操作 (30)4.1.1. 新建文件夹 (30)4.1.2. 删除文件夹 (32)4.1.3. 重命名文件夹 (32)4.1.4. 剪切、复制、粘贴文件夹 (33)4.2. 文件操作 (33)4.2.1. 新建模型文件 (33)4.2.2. 删除文件 (35)4.2.3. 重命名文件 (35)4.2.4. 剪切、复制、粘贴文件 (35)4.2.5. 打开模型主工作界面 (36)4.3. 输出窗口 (36)4.4. 在线调参窗口 (37)4.5. License信息窗口 (37)5. 其他常见问题 (40)5.1. 文件夹结构命名规范 (40)5.2. 编辑模型错误处理 (40)5.3. 模型分割错误处理 (40)5.4. 模型转为C代码错误处理 (40)5.5. 上传C代码错误处理 (40)5.6. 编译模型C代码错误处理 (41)5.7. 运行模型错误处理 (41)5.8. 停止运行模型错误处理 (41)5.9. 清理模型错误处理 (41)5.10. 在线调参错误处理 (41)5.11. 如何给系统升级 (41)1. AppSIM简介1.1. 产品简介AppSIM是一套实施数字与模拟混合的高性能实时仿真工业级系统平台，可以帮助工程师直接将MATLAB/Simulink下建立的动态系统数学模型应用于实时仿真、控制、测试以及其它相关领域。
铁道信号专业虚实结合实践教学系统设计作者：***来源：《天津中德应用技术大学学报》2024年第02期摘要：依据实用性和经济性原则，构建内外联动、车地互通、虚实结合的铁路信号实践教学基地，既要支撑各实物信号设备以全真方式运行，又要以人机互动的方式提供虚拟仿真运行环境。
为实现实物信号设备的接入和测试，采用中间件技术构建实物接入平台，作为实物设备与仿真系统之间的软件、硬件接口，可实现二者之间的虚实互换、虚实互控及时序配合。
关键词：铁路信号实训基地；中间件技术；实物接入系统中图分类号：U283 文献标识码：A 文章编号：2096-3769（2024）02-076-05近年来，我国高铁事业蓬勃发展，对高素质的铁道信号专门人才提出了更高的要求。
然而，这些人才的技能训练需要较长的周期和较高的成本，因此必须采用虚实结合的方式来建设实践教学系统。
一、系统设计思路高等职业教育铁道信号专业实践教学基地的建设，需要按照真实的工作场景、真实的设备和界面、真实的作业流程构建，既有实物设备实训的要求，又有结合真实环境仿真模拟的要求。
通过对实物接入平台的抽象化，构建物理层、驱动层和应用层，针对不同子系统/设备的具体连接特性建立接口平台，满足仿真系统运行的需求。
为此需要进行两个方面的研究，一方面研究实物子系统如何接入到仿真平台，另一方面研究实物子系统与仿真模型之间的虚实互换、虚实互控及时序配合。
[1]实物接入是将实物设备作为仿真系统对象接入到综合实训平台的技术和方法，实现在仿真系统环境下实物系统、仿真模型、仿真环境之间的协同运行。
其过程是将仿真系统模拟的逻辑信号转变为与真实运行环境完全一致的物理信号[2]，再施加于实物系统，支撑实物设备的设计集成调试和功能测试验证。
同时通过提高实物接入的执行效率和精准度，提高设计仿真平台的可用性和可信度。
实物接入不仅完成实物设备物理、电气特性以及协议的转换工作，还需要接入代理建立实物设备和虚拟对象之间的映射关系。
列车网络控制系统半实物仿真平台设计及应用
摘要：根据列车网络控制系统测试需求的概念,设计半实物仿真平台,描述了网络
仿真平台的设计，具体实现方法和应用过程,充分表明其所设计的仿真测试平台能
够解决现有测试方法的许多问题,具有较强的技术和创新功能。
关键词：半实物仿真；网络控制系统；建模；功能测试
网络控制系统(TCMS)是对列车牵引系统、制动系统以及列车内部主要设备的
状态进行监控，实现对车辆的管理、监控和诊断功能。
网络控制系统作为轨道交
通设备的神经和大脑，其运行的可靠性关系到列车的安全，以及人民生命财产的
安全。
因此，网络控制系统在正式运行前，必须经过充分的测试和验证。
然而，
车辆的动静态调试阶段，主要是各子系统设备与设备、设备与车身网络之间协调
的调试过程，而不是帮助各子系统发现错误的过程。
因此，迫切需要一套高效可
靠的地面测试系统来测试网络控制系统。
1. 半实物仿真平台设计
1.1 设计需求分析
网络控制系统的基础上，分析当前在装货前功能测试的方法，明显的优点和
缺点应该扬长避短的设计平台，测试平台的设计应具有以下特点:一是测试平台可
以真正模拟列车网络控制系统的工作条件:二是测试平台的测试过程操作简单，方
便专业介入;第三，测试过程不需要第三方的配合，可以灵活自由的进行测试。
半实物仿真技术是物理仿真与数字仿真相结合的一种仿真技术，它比数字仿
真更接近真实情况，能够解决物理仿真无法模拟的一些问题。
半实物仿真作为替
代真实环境或设备的一种典型方法，不仅提高了仿真的逼真度，而且，解决了以
往系统中，存在的许多复杂的建模问题。
1.2 系统方案设计
基于半实物仿真技术的设计思想，构建了列车网络半实物仿真平台，测试车
辆控制单元(VCU)的功能和网络通信在网络控制系统中的状态。
设计、测试单位、部门的联邦控制器，远程输入单元(RIOM)，显示(DDU)，及其他模块的物理访问的形式模拟循环，牵引系统、辅助系统、制动系统等体积相对较大的子系统的数学
仿真模型运行在访问模拟电路、系统设计的原则，如图1。
1.3 具体实现
根据平台设计原理图，模拟器、VCU、RIOM、DDU通过MVB总线相互连接，通过MVB总线相互通信。
上位机(建模工具和监控软件)通过以太网电缆连接到模
拟器。
控制器和FlexI/O之间，以及通过硬线连接到FlexI/O和RIOM之间。
采用FlexI/O将采集到的硬线信号经调理后发送给RIOM单元的DI或AI模块进行采集;
同时，接收来自RIOM单元DO或AO模块的硬线信号。
因为在半实物仿真平台的使用不同的网络控制系统测试项目，每个项目的控制表的硬线信号RIOM混凝单
元不同，导致强硬路线收到RIOM单元接线方式会有所不同，因此，分析在每个
项目中，将需要更改一次硬线连接。
为了避免重复布线的问题，可以通过调整FlexI/O模块中收集的相关硬线信号的顺序，使之与项目中RIOM单元的数据通道
相对应，从而避免硬线的重连。
上位机采用MATLAB/Simulink软件作为前端仿真建模工具，用于网络控制系
统各子系统的建模以及模型代码的生成和下载。
上位机还运行实验监控软件，实
现了项目管理、测试启停控制、测试参数输入、反馈变量监控、测试数据记录等
实时仿真测试功能。
采用NI PXI-8109模拟器，运行各子系统仿真模型的可执行目
标代码，该模拟器可与MATLAB/Simulink无缝连接。
VCU机箱用于运行被测网络
控制系统的主控程序，RIOM机箱用于采集控制器发出的硬线控制信号。
该平台还引入了故障注入模块对网络控制系统进行干扰，用于模拟车辆运行
过程中网络控制系统的噪声和振动干扰。
该模块由干涉注入硬件板卡和测试软件
两部分组成。
测试软件用于控制干扰的类型、启动和停止时间以及干扰的持续时间。
2. 半实物仿真平台应用
2.1 仿真测试流程
在使用网络半实物仿真平台进行仿真测试时，测试人员一般需要进行以下几
个步骤：测试分析与设计，测试用例设计，离线模型搭建、编译、自动代码生成，监控界面的设计，模型链接下载，在线仿真试验等，仿真平台的仿真测试流程，
如图2所示。
2.2 模型搭建
在使用网络半实物仿真平台进行测试时，测试开发人员需要为网络控制系统
的非物理部分的每个子系统构建仿真模型。
模型构建过程如图3所示。
介绍了一种基于MVB的网络控制系统。
在建模过程中分析了MVB的通信特性，利用Simulink自定义了MVB初始化模块、MVB接收模块和MVB发送模块。
仿真子系统模型主要围绕这三个模块建立。
首先，根据实测的VCU MVB数据流，利用相关软件生成适合Simulink的数据流。
XML格式数据流文件，导入多功能车
辆总线初始化模块，然后，通过分析联邦和子系统之间的关系，沟通机制，和函
数的特点，使处理后的子系统的逻辑子系统多功能车辆总线模块，发送的数据后，联邦的逻辑处理相应的反馈数据接收子系统多功能车辆总线接收模块，最后将得
到的反馈数据与期望。
模型建立后，需要进行相应的配置，包括选择。
TLC文件，设置仿真模型的步长、仿真时间、仿真器的目标IP地址等，以便生成可以在仿真
器中运行的目标模型代码。
例如，在仿真牵引系统与VCU之间的通信和功能交互时，所构建的牵引系统在信号接收模块、逻辑功能模块和信号发送模块与VCU通信。
根据牵引系统内部逻辑功能构建逻辑功能模块，主要完成不同牵引水平下，
电网电压、电网电流、牵引力、牵引制动力、逆变器电流的仿真。
牵引系统模型，如图4所示。
2.3测试界面设计
模型编译下载后会生成.Sim文件，通过测试监控软件打开后，可实现仿真模
型与测试监控软件的同步对应。
在监控软件中可进行加载模型，启动模型，停止
模型等操作。
而测试数据的输入，以及反馈变量的监控和测试结果显示等操作，
则需要在测试监控软件的控制页面Panel中进行。
因此，进行测试之前，首先需
要对监控界面进行设计，向页面中添加与布局控制，将模型变量与控制关联等操
作完成。
在监控界面中，可以在测试状态下调整参数，实现测试数据的输入，通过将
反馈变量的结果与期望值关联，通过指示灯显示控制，实现测试结果的显示。
如
果比较结果匹配，则指示灯亮。
如果不匹配，指示灯就会熄灭。
2.4应用
网络仿真平台已经应用到一些国内外城市轨道网络控制系统加载之前的地铁
项目的功能测试，后期的车辆在静态和动态模式的过程中，网络控制系统的出错
率明显降低，提高静态和动态调试的效率，大大节省人力和原材料成本的调试。
该平台还广泛应用于系统升级过程中的逻辑功能验证，以及操作维护过程中的故
障复发，容易发现程序bug。
3. 技术特点
与传统的测试方法相比，网络半物理仿真平台具有以下技术特点和创新点:
(1)能够真实地模拟列车的实际运行情况，使网络控制系统的测试结果更加真
实准确。
(2)测试界面友好，有利于测试参数的输入和测试结果的监控。
(3)有利于对网络控制系统进行客观严格的独立测试，保证测试结果的客观性。
(4)采用模块化仿真技术，有利于各仿真测试项目之间模型的借用和移植，缩
短了仿真系统测试模型构建的周期。
（5）提高网络控制系统产品的静态和动态调整效率，有利于网络控制系统功能的升级和维护，提高网络控制系统产品的可靠性。
4. 结束语
设计并实现了一套半物理仿真测试平台，用于测试所列网络控制系统的功能。
测试平台的基础上，充分吸收传统的测试方法，有效地解决了传统测试方法的问题，不仅是现实的模拟列车网络控制系统的操作条件，并使整个测试过程操作简单，易于实现，可以有足够的时间，让开发人员将灵活的网络控制系统进行完整
的测试，提高网络控制系统产品的可靠性。
网络半物理仿真测试方法，将是未来
网络控制系统功能测试的发展趋势。
参考文献：
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