光电跟踪伺服系统半实物仿真平台开发设计

光电跟踪伺服系统智能控制研究的开题报告一、研究背景随着现代机械自动化程度的不断提高，对精度要求越来越高，常规的传统机械控制已经无法满足现代工业的需要。

光电跟踪技术在工业控制领域中的应用得到越来越广泛的应用。

光电跟踪伺服系统是一种智能化控制系统，可以实现对元件位置的精确跟踪，该系统可以被广泛应用于机器人、自动化生产线等各个领域。

二、研究内容本项目旨在研究光电跟踪伺服系统的智能控制，包括系统的设计、算法开发、控制器硬件设计等方面。

具体研究内容如下：1. 光电跟踪伺服系统的系统设计，包括硬件和软件部分的设计，同时考虑系统的实际应用场景，为实现最佳效果做出合理设计。

2. 光电跟踪伺服系统的控制算法的研究，在系统设计的基础上，开发权重控制算法、模糊控制算法等先进的控制算法。

3. 光电跟踪伺服系统控制器的硬件设计，包括采集系统、控制器设计、控制器的实现等部分。

4. 系统性能测试，对设计的光电跟踪伺服系统进行性能测试，包括跟踪精度、稳定性、可靠性等参数，优化系统设计并提高系统性能。

5. 实际应用实验，在实际工业环境中应用研究的光电跟踪伺服系统，对系统的控制效果进行评估和改进优化。

三、预期结果通过本项目的研究，预期得到以下成果：1. 设计一种高精度、稳定性好的光电跟踪伺服系统。

2. 研究开发出智能化的控制算法，实现高精度元件位置跟踪。

3. 设计出可靠性高、扩展性强的硬件控制方案。

4. 实现跟踪精度高、稳定性好的系统性能。

5. 应用实验结果表明该系统在实际工业环境下具有较好的应用价值。

四、研究方法本研究采用理论分析与实验相结合的方法进行。

1. 理论分析：通过文献调研和理论分析，确定系统的设计原则和算法优化。

2. 实验研究：设计实验验证系统的性能和控制算法的效果。

五、研究工作计划1. 第一年：(1) 对光电跟踪伺服系统进行研究，包括硬件和软件设计的准备工作。

(2) 设计并实现控制算法。

(3) 选择并设计合适的控制器硬件。

一种机车优化操纵控制系统的半实物仿真测试平台设计摘要本文研究了一种机车优化操纵控制系统的半实物仿真测试平台设计。

该平台基于虚拟现实技术和实时控制技术，通过建立模型、仿真、控制等过程，实现了对机车操纵控制系统的测试和优化。

具体地，本文介绍了设计思路、系统架构、模型建立、仿真与控制等实现细节，并进行了实验验证。

结果表明，该平台能够较为准确地模拟真实机车操纵控制系统，实现了对机车性能的测试和优化，具有很高的实用价值。

关键词：机车；优化操纵控制系统；半实物仿真；测试平台1.研究背景机车是重要的铁路运输工具，其运行性能的好坏对运输效率和运行安全具有重要影响。

机车的操纵控制系统是机车性能的关键因素之一，因此其性能的测试和优化具有重要的意义。

传统的机车操纵控制系统测试通常需要进行实物实验，这种方式存在高昂的成本、危险性和测试效率低等问题。

随着模型仿真技术和控制技术的不断发展，开发一种基于半实物仿真的机车优化操纵控制系统测试平台成为趋势。

2.设计思路本文提出的机车优化操纵控制系统测试平台基于虚拟现实技术和实时控制技术，通过建立模型、仿真和控制等过程，实现对机车操纵控制系统的测试和优化。

该平台包括以下几个步骤：1)设计和实现机车模型2)搭建仿真平台3)开发控制算法和控制接口4)对机车进行测试和优化3.系统架构本文提出的机车优化操纵控制系统测试平台的系统架构如图1 所示。

该平台由机车模型、仿真平台、控制系统和用户界面等组成。

图1. 机车优化操纵控制系统测试平台系统架构机车模型通过建立机车模型和传感器模型等，完成机车运动和环境数据的采集等功能，提供仿真平台所需的输入数据和输出数据。

仿真平台通过虚拟现实技术和实时控制技术等，实现机车环境仿真，包括机车的运动、噪声、震动、气流等，同时提供控制仿真环境和实时数据采集功能。

控制系统通过算法设计和编程等方法，实现机车操纵控制系统的控制和优化，包括了控制算法和控制接口两个部分。

用户界面提供了友好的界面和操作方式，方便用户对机车进行测试和优化。

学位论文光电搜索跟踪系统方案设计与研究声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。

与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。

研究生签名：年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。

对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。

研究生签名：年月日工程硕士学位论文光电搜索跟踪系统方案设计与研究摘要论文针对xx防空光电搜索跟踪系统研制要求展开方案研究、设计。

系统用于空中机动目标的搜索、威胁判定、跟踪，或接受上级空情信息指示跟踪地面或空中目标，引导导弹对目标实施攻击；同时具备地面车辆目标或敌方武装人员的手动搜索、跟踪、威胁判定功能，引导机枪对地面车辆或敌方武装人员进行瞄准打击。

系统的研究与设计在军事上具备广阔的应用前景。

论文介绍了光电成像搜索跟踪系统的广泛军用前景、光电系统的优缺点、国外相关领域部分研究成果；针对xx防空光电搜索跟踪系统研制要求，分析了光电搜索跟踪系统的总体方案及软硬件架构；分析了影响光电成像搜索跟踪系统实现的一些关键技术：光电传感器摄取的图像信号的传输机制分析、光电惯性姿态稳定分析、光电系统框架绝对位置获取方法分析及设计、电机选型分析；探讨了光电搜索跟踪系统的一些工程问题解决方法，针对光电成像搜索跟踪系统红外热成像仪用于空情搜索面临的问题进行了一些分析，对光电成像搜索跟踪系统面临的军事应用问题及改进方向进行了展望。

论文的研究为光电搜索跟踪系统的工程建设奠定了重要的技术分析基础。

关键词：光电成像搜索跟踪系统，CCD摄像仪，编码器，DSP，EnDat，FPGAABSTRACT 工程硕士学位论文ABSTRACTProject research and design according to demand of xx photoelectricity in air defense.researched system was applied to search,threaten determinant and tracking of flexible target in air,or accept to warning message of superior to direct and track target in air or ground and guide missile to attack to target;simultaneity possess function of manual operation search,tracking and threaten determinant to ground vehicle target or enemy melitia member,and guide scatter gun to take aim and attack ground vehicle target or enemy melitia member.research and design of system possess rangy military appliacation foreground.Paper introduced rangy military application foreground,excellence and defect, partial outcome in overseas correlative field about photoelectricity searching and tracking system.according to development demand of xx photoelectricity searching and tracking system in air defense,analysed general scheme and software,hardware framework of photoelectricity searching and tracking system,analysed some key technology about realization of photoelectricity searching and tracking system:analysis of transmission mechanism about image sigal of photoelectricity sensor,analysis of inertia attitude stabilization in photoelctricity stabilization platform,method anlysis and design of obtained absolute position of photoelectricity system,analysis of motor type selection;discussed some method of resolve problem in engineering about photoelectricity system,analysed some questions in warning message searching of system,put forward prospect of military application and improved direction about photoelectricity searching and tracking system.Research of paper provides an important technical analysis basis for the engineering construction of photoelectricity searching and tarcking system.Keywords：photoelectricity imaging searching and tracking system, CCD camera,encoder,DSP,EnDat,FPGA工程硕士学位论文光电搜索跟踪系统方案设计与研究目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 论文背景 (1)1.3 光电相关技术发展概况及应用要求 (2)1.4 国外部分研究成果 (5)1.5 作者所做的主要工作与论文内容安排 (5)1.5.1 研究的主要内容 (5)1.5.2 作者所做的主要工作 (5)1.5.3 论文内容安排 (6)2 光电搜索跟踪系统总体方案设计 (7)2.1 系统设计功能要求 (7)2.2 光电搜索跟踪系统架构 (7)2.2.1 光电搜索跟踪系统的组成 (7)2.2.2 光电搜索跟踪转台 (8)2.2.3 cPCI信号处理机 (10)2.2.4 系统伺服控制 (11)2.3 光电搜索跟踪系统软件方案 (12)2.3.1 系统工作流程 (12)2.3.2 伺服控制软件及控制模式方案 (12)2.3.3 目标信号处理系统软件及目标处理方案 (15)2.4 本章小结 (17)3 光电搜索跟踪系统关键技术研究 (19)3.1 数字图像光纤传输分析 (19)3.1.1 数字图像光纤传输的必要性 (19)3.1.2 传统图像传输与数字图像光纤传输比较 (20)3.1.3 数字图像光纤传输任务分析及实现 (22)3.1.4 数字图像光纤传输注意事项 (24)3.1.5 光纤传输试验结果 (25)3.2 光电稳定系统分析 (25)3.2.1 系统稳定功能任务 (25)3.2.2 车载光电陀螺姿态控制问题 (26)3.2.3 车载光电空间角位置关系及隔离度影响分析 (26)3.2.4 系统陀螺应用分析 (27)3.2.5 影响陀螺应用的要点 (29)3.2.6 光电稳定陀螺信号电气传输设计 (30)3.2.7 陀螺应用探讨事项 (31)3.3 光电伺服框架绝对位置获取设计分析 (31)3.3.1 EnDat2.2接口时序特性 (33)3.3.2 接口电路设计及编码器解码总构 (34)3.3.3 试验结果分析 (36)3.3.4 旋转变压器解算简图 (36)ABSTRACT 工程硕士学位论文3.4 电机选择分析 (37)3.4.1 电机选型方法 (37)3.4.2 方位电机选型 (37)3.5 本章小结 (38)4 工程问题分析研究 (41)4.1 红外搜索帧间图像特性研究 (41)4.1.1 空域360°全景拼图帧数N的数学关系 (41)4.1.2 帧间相互重叠的角度与像素的关系 (41)4.2 红外搜索成像系统探测范围研究 (43)4.2.1 系统实际扫描威力图 (43)4.2.2 大型战斗机红外探测范围分析 (44)4.2.3 某战斗机红外探测范围分析 (44)4.2.4 目标Ⅰ型靶机红外探测范围分析 (45)4.2.5 目标Ⅱ型靶机红外探测范围分析 (46)4.3 电源馈电时序分析 (46)4.4 陀螺补偿工程考虑 (47)4.5 系统布线工程考虑 (48)4.6 本章小结 (48)5 总结与展望 (51)5.1 总结 (51)5.2 展望 (52)致谢 (53)参考文献 (54)攻读硕士学位期间发表的论文情况 (58)攻读硕士学位期间参加的科学研究情况 (1)工程硕士学位论文光电搜索跟踪系统方案设计与研究1 绪论1.1 引言现代化信息战争模式下，利用雷达、红外、可见光等传感设备及时、准确、隐蔽地获取敌方信息在侦察防御系统、精确制导武器打击系统中均发挥着举足轻重的作用。

半实物仿真技术发展综述1、半实物仿真技术1.1半实物仿真系统定义半实物仿真，又称为硬件在回路中的仿真(Hardware in the Loop Simulation)，是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真。

实时性是进行半实物仿真的必要前提。

半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实度的可能性。

从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把部分实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，因此半实物仿真是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。

1.2 半实物仿真的先进性及其特点半实物仿真技术自20世纪60年代问世直到目前美国研制航天飞机，始终盛行不衰。

美国大多数国防项目承包商都有一个或多个半实物仿真实验室，这些实验室代表了当前世界先进水平。

其先进性体现在：(1) 有高速高精度的仿真机；(2) 有先进完备的环境模拟设备。

国内半实物仿真技术在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等应用研究方面也达到了较高水平。

半实物仿真的特点是：(3) 在回路中接入实物，必须实时运行，即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。

(4) 需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。

(5) 半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际1.3半实物仿真系统的基本组成与原理半实物仿真系统属于实时仿真系统。

它是一种硬件在环实时技术，把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件都要实时运行，从而模拟整个系统的运行状态，如图2所示。

实时系统由以下几部分组成。

(1)仿真计算机仿真计算机是实时仿真系统的核心部分，它运行实体对象和仿真环境的数学模型和程序。

一般来说，采用层次化、模块化的建模法，将模块化程序划分为不同的速率块，在仿真计算机中按速率块实时调度运行。

对于复杂的大型仿真系统，可用多台计算机联网实时运行。

(2)物理效应设备物理效应设备的作用是模拟复现真实世界的物理环境，形成仿真环境或称为虚拟环境。

面向案例化教学的半实物仿真系统设计随着科技的快速发展和教育理念的转变，教育教学模式也在不断创新。

传统的教学方法主要侧重于教师的讲授和学生的听课，这种模式存在着学生缺乏参与感、理论与实践脱节等问题。

为了能更好地培养学生的实践能力和解决实际问题能力，面向案例化教学的半实物仿真系统逐渐成为一种非常有效的教育手段。

面向案例化教学的半实物仿真系统是指基于真实场景的案例，结合虚拟现实技术和物理仿真技术，通过模拟真实环境和情景，使学生能够在模拟环境中进行实际操作和体验，从而提高学生的实践能力和解决实际问题的能力。

该系统的设计主要包括以下几个方面：1.案例选择：选择符合教学要求和实际场景的案例，以确保教学的针对性和可操作性。

案例可以涵盖各个学科的内容，如生物、化学、物理等。

2.虚拟环境建模：建立与案例场景相符合的虚拟环境，可以通过3D建模技术将真实场景还原为虚拟环境，或者通过LBS（Location Based Service）技术将虚拟环境与真实环境相结合。

3.实物装置：在系统中加入实物装置，使学生能够进行与案例相关的实际操作。

这些实物装置可以是真实的实验仪器，也可以是仿真实验仪器，通过传感器等技术与系统进行交互。

4.模拟演练：学生通过系统进行实际操作和演练，模拟真实场景，进行实践训练。

在这个过程中，教师可以对学生进行指导和辅导，帮助学生理解和掌握知识、技能和解决问题的方法。

5.学生评估：通过系统对学生进行评估，了解学生在实践中的表现和掌握程度。

评估可以包括学生在系统中的操作记录、反馈结果等。

面向案例化教学的半实物仿真系统能够有效地提高学生的学习兴趣和参与度。

通过实际操作和模拟演练，学生能够更好地理解和掌握知识，并能够将理论应用到实际问题中。

系统还能够提供个性化的学习环境和个性化的学习资源，满足学生的不同学习需求。

面向案例化教学的半实物仿真系统是一种创新的教育手段，可以提高学生的实践能力和解决实际问题的能力。

第４５卷第４期２０２３年８月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４５㊀Ｎｏ ４Ａｕｇ ２０２３文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２３）０４⁃０１１１⁃０７基于通用接口适配器的半实物仿真系统设计与实现李㊀阳，王㊀闯，田莉蓉，邹方林（中航机载系统共性技术有限公司，江苏扬州㊀２２５０００）摘㊀要：针对航空领域通用接口半实物仿真环境的应用需求，在构建虚拟集成与仿真验证平台的基础上，提出了基于ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器的半实物仿真系统的实现方法㊂以ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器的工作原理为牵引，明确半实物仿真系统的设计原理和方法，搭建半实物仿真验证环境，并基于北斗定位处理机的硬件在环仿真场景对系统进行验证测试，结果表明，系统的设计与实现是正确㊁合理的㊂关键词：半实物仿真平台；ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器；集成仿真；硬件在环；虚拟集成与仿真验证中图分类号：ＴＰ３９１ ９㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２３．０４．０１７Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｇｅｎｅｒｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅａｄａｐｔｅｒＬＩＹａｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｕａｎｇ，ＴＩＡＮＬｉｒｏｎｇ，ＺＯＵＦａｎｇｌｉｎ（ＡｖｉｃａｓＧｅｎｅｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＯ．，Ｌｔｄ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎｔｈｅａｖｉａｔｉｏｎｆｉｅｌｄ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＲＩＮＣ６６４ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｄａｐｔｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴａｋｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅＡＲＩＮＣ６６４ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｄａｐｔｅｒａｓｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄ，ｔｈｅｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎａｒｉｏｏｆｔｈｅＢｅｉｄｏｕｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅ⁃ｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ；ＡＲＩＮＣ６６４ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｄａｐｔｅｒ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｈａｒｄｗａｒｅｉｎｔｈｅｌｏｏｐ；ｖｉｒｔｕａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０２２⁃０９⁃２６修回日期：２０２２⁃１１⁃３０作者简介：李㊀阳（１９９４ ），女，硕士，助理工程师，研究方向为机载系统虚拟仿真验证㊂王㊀闯（１９８６ ），男，硕士，高级工程师㊂㊀㊀仿真是产品正向研制过程中的重要环节，通过仿真能够提前发现设计中的缺陷，避免在实物测试阶段因设计错误而增加高额修改成本和大量迭代工期㊂在航空航天领域，为了提高仿真系统的置信度，通常会加入真实的物理设备，构建硬件在环仿真（Ｈａｒｄｗａｒｅ⁃Ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃Ｌｏｏｐ⁃Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＨＩＬＳ）环境，减少与实物的误差［１］㊂当前研究总结了半实物仿真系统的进展，对飞行器制导仿真装备等发展方向进行了预测和展望［２］；无人机相关的飞行控制半实物仿真系统通过内部解算模型数据获得舵面偏转量，大幅提升了无人机飞控系统设计的可靠性［３］；运载火箭半实物仿真试验系统通过模拟火箭外部环境信息，按实际接口形式和协议为箭上计算机提供相应的数据，实现飞行姿控与制导的仿真验证［４］；基于半实物仿真飞行平台的飞行记录系统通过ＡＲＩＮＣ６６４采集模块采集模拟飞行产生的位移，集成飞控模型和飞行仪表模型，实现 人在环以及飞控在环验证［５］㊂机载航电系统围绕机载设备的工作特性，可在地面评估机载航电设备性能和飞机作战效能［６］㊂同样地，在船舶与汽车领域，半实物仿真系统也得到了广泛使用，并在某些关键技术点取得较大进展，某观测级ＲＯＶ半实物仿真系统架构有效降低了半实物仿真软件系统的耦合性［７］；无人艇半实物仿真系统融合了可靠性测试工具，提高了验证算法的鲁棒性［８］；机车控制半实物仿真系统克服了离线仿真中缺少中断延迟的局限性，减少了实际试验成本［９］㊂通过总结以上研究发现，目前大部分的半实物仿真系统均基于具体设备对应的通信接口（如ＲＳ４２２㊁ＲＳ２３２等）完成接口交互机制设计［１０］，未有一个航空领域通用模式的半实物仿真系统实现一类物理设备通信接口的数据交互㊂本文基于虚拟集成与仿真验证平台，提出了物理件接口适配器的概念，用于实现物理设备与仿真模型之间的数据交互㊂本文设计了一个基于ＡＲＩＮＣ６６４协议通用接口适配器的半实物仿真系统，支持各类ＡＲＩＮＣ６６４接口机载设备适配接入，无需针对具体场景和设备重新研制半实物仿真平台，大幅提升了仿真验证的效率㊂最后通过接入真实的北斗定位处理机板卡，实现北斗定位处理机与显控模型之间的仿真数据１１２㊀李㊀阳，等：基于通用接口适配器的半实物仿真系统设计与实现第４５卷实时交互，验证该平台的正确性与实用性㊂１㊀虚拟集成与仿真验证平台虚拟集成与仿真验证平台主要由实时仿真总线㊁模型封装工具㊁视景适配器㊁仿真配置与控制模块㊁数据采集监控模块㊁自动化测试模块和分析及报告生成模块构成，其架构如图１所示㊂１）实时仿真总线是虚拟仿真平台的核心纽带，用于完成多源异构模型以及仿真支持组件之间的数据交互，由实时仿真内核和调度程序组成㊂仿真内核作为平台所有仿真数据交互的中心，通过调度程序实现各仿真任务的同步控制，从而实现各仿真任务的联合仿真㊂２）模型封装工具负责将高安全性的应用程序开发环境（ＳＣＡＤＥ）等模型转换成可以与仿真总线进行数据交互的可执行程序模型，并与总线进行数据交互㊂３）视景软件适配器用于完成对视景仿真参数的读写仿真以及视景仿真参数与总线参数的数据交互㊂４）仿真配置与控制模块用于配置仿真参数，控制仿真过程的启停等㊂５）数据采集监控模块负责对各仿真件之间的各类接口数据进行实时采集存储与监控显示㊂自动化测试组件基于测试用例自动生成测试脚本并执行㊂６）分析及报告生成组件用于分析仿真数据，并依据模板自动生成仿真测试报告㊂图１㊀虚拟集成与仿真验证平台架构图Ｆｉｇ １㊀Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｖｉｒｔｕａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ㊀㊀虚拟集成与仿真验证平台利用Ｘ８６环境下丰富的通信手段，将不同技术实现的仿真功能以数据通信的方式进行集成㊂为减少集成技术之间的差异，我们采用相应通信协议定制有针对性的适配器，加载相应的接口映射配置，实现集成的标准化和自动化㊂２㊀半实物仿真系统设计２ １㊀系统架构为接入真实的物理设备，构建半实物仿真系统，本节在虚拟集成与仿真平台基础上增加了物理件接口适配器模块㊂首先，通过符合标准总线协议规范的板卡设备将真实物理总线信号转换成为计算机可识别的数字信号，然后解析总线协议数据获取需要传输的业务数据，将真实物理设备参数与总线参数进行映射，并通过ＵＤＰ通信程序将数据发送至总线，完成总线数据的读写操作，功能逻辑如图２所示㊂物理件接入虚拟集成与仿真验证平台所需的软硬件包括工控机㊁硬件驱动㊁数据处理程序㊁ＵＤＰ通信程序等，通过硬件驱动与数据处理程序能够将符合通信协议的物理信号转换为软件可识别的数字信息，从而与总线进行交互㊂同时，物理设备集成也需要接收总线上的仿真数据，并通过硬件驱动与数据处理程序转换成为符合通信协议的物理信号，作为物理设备的激励输入㊂物理设备接入集成仿真如图３所示㊂２ ２㊀ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器为满足机载系统广泛的工程应用需要，基于物理件接口适配器的功能架构，本节设计了ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器，将ＡＲＩＮＣ６６４协议数据包解析为业务数据或将业务数据封装成总线协议数据包，同时配置业务数据与总线参数的映射关系，结合总线控制接口函数，编译生成可与总线集成交互的可执行仿真任务㊂如图４所示，ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器具有协议解析㊁参数定义与映射㊁总线ＡＰＩ定义以及接口读写的功能㊂协议解析用于解析物理设备发出的数据包，为后续读取参数做准备；参数定义与映射用于定义变量名称，完成与总线的映射；总线ＡＰＩ定义主要用于与仿真第４期指挥控制与仿真１１３㊀图２㊀半实物仿真系统逻辑架构Ｆｉｇ ２㊀Ｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｌｏｇｉｃａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ图３㊀物理设备接入集成仿真示意图Ｆｉｇ ３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｖｉｃｅａｃｃｅｓｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ总线建立ＵＤＰ通信机制；接口读写则用于读取接口数据㊂ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器首先通过协议解析完成数据包拆字，随后进行参数定义与总线变量映射，在完成映射的基础上，获取总线ＡＰＩ，建立对应的通信机制，最后通过程序内部轮询模式不断读取和写入参数，实现物理设备进行集成仿真时的数据交互㊂ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器的应用模式能够满足大部分机载系统半实物仿真场景的需求，验证人员只需在工控机一侧接入支持ＡＲＩＮＣ６６４协议的机载设备，并在上层应用中，简单适配场景中需要交互的物理设备数据，即可基于虚拟集成与仿真验证平台实现ＨＩＬ仿真测试，减少了半实物仿真系统的构建成本和工期，通用化程度高㊂该模块可突破半实物仿真系统本地局域网的限制，在依托工业互联网的基础上，基于ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器异地接入机载设备，能够完成异地远程半实物联合仿真，其实现架构如图５所示㊂３㊀半实物仿真系统的实现与验证３ １㊀场景定义通过ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器，本文提出的半实物仿图４㊀ＡＲＩＮＣ６６４物理设备接入集成仿真示意图Ｆｉｇ ４㊀ＡＲＩＮＣ６６４ｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｖｉｃｅａｃｃｅｓｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃ真系统可接入北斗定位处理机，实现定位处理机数据与仿真模型数据的交互㊂北斗定位处理机主要用于接收北斗定位数据，通过地面基站做ＲＴＫ解算，得到当前高精度时间和位置信息，如图６所示㊂北斗定位处理机通过接口和实时仿真总线连接，当接收到总线发出的开始定位指令后，以１０Ｈｚ的刷新率，采用标准ＮＥＭＡ协议，向实时仿真总线发送当前的经纬高等定位信息㊂上位机对ＮＥＭＡ格式的信息进行解码，得到飞机导航所需要的定位信息并在显示模型上显示㊂本文在ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器接入北斗定位处理机的基础上，定义了机载显控系统半实物仿真场景，如图７所示，虚拟三维飞机从南京禄口机场自动飞行至上海浦东机场，自动飞行涵盖起飞㊁巡航至降落全飞行１１４㊀李㊀阳，等：基于通用接口适配器的半实物仿真系统设计与实现第４５卷图５㊀基于ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器物理设备异地远程联合仿真系统架构Ｆｉｇ ５㊀Ｒｅｍｏｔｅｃｏ⁃ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎａｒｉｎｃ６６４ｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｈｙｓｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ图６㊀北斗定位处理机接入场景示意图Ｆｉｇ ６㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅａｃｃｅｓｓｓｃｅｎｅｏｆＢｅｉｄｏｕｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｒ阶段㊂通过构建ＰＦＤ㊁ＮＤ㊁ＭＦＤ㊁ＨＭＩ北斗定位信息等显示模型以及发动机㊁风速传感等逻辑模型与视景软件进行联合仿真，显示模型能够实时动态显示视景软件飞机飞行以及逻辑模型产生的飞行参数㊂同时，验证人员可通过ＨＭＩ人机交互界面操控虚拟飞机的飞行状态㊂３ ２㊀实现方式北斗定位处理机接收参数时，实时仿真总线读取显控模型发出的控制指令后，通过调用总线ＡＰＩ发送至工控机㊂工控机中的ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器接收到控制指令后，根据总线参数与北斗定位处理机的映射关系，将总线参数打包成可发送的数据，通过协议封装发送给北斗定位处理机，处理板卡进行内部解析，驱动或暂停板卡启停㊂北斗定位处理机发送参数时，北斗定位处理机发送ＧＧＡ报文至工控机，工控机中运行的ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器程序接收并按照标准ＡＲＩＮＣ６６４协议解析虚拟链路，获得数字信息㊂将北斗定位处理机的输入输出参数与总线数据进行映射，并通过调用总线ＡＰＩ，实现与实时仿真总线的数据传输㊂其交互数据流向如图８所示㊂在梳理完数据流向后，完成物理架构的搭建，即基于以太网构建的局域网连接各分布式仿真设备，构成半实物仿真系统的基础硬件架构，如图９所示，北斗定位处理机与工控机相连，实时仿真机㊁导航控制模型㊁北斗定位显示模型㊁仿真管理工具以及ＰＦＤ㊁ＮＤ等模型通过以太网交换机构建的局域网与北斗定位处理机进行数据交互，实现半实物仿真㊂３ ３㊀结果验证根据定义的场景，通过ＳＣａｄｅ工具完成导航模式控制模型㊁显示模型以及逻辑模型的开发㊂基于ＡＲＩＮＣ６６４适配器的半实物仿真系统，模型可实时控制北斗定位处理机的启停，实时接收北斗定位处理机的时间㊁经度㊁纬度以及高度参数，模型接收的数据与北第４期指挥控制与仿真１１５㊀图７㊀机载显控系统半实物仿真场景图Ｆｉｇ ７㊀Ｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅｄｉｓｐｌａｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ图８㊀交互数据流向Ｆｉｇ ８㊀Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｄａｔａｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎ斗定位处理机发出的经／纬／高参数随平台的运行时间如图１０所示㊂由图１０可知，通过半实物仿真系统控制北斗定位处理机启动后，处理机向显示模型发送经／纬／高参数的时间与显示模型接收的经／纬／高参数的时间之间的时延差均值约为１ｍｓ，误差较小，且显示值与发送值保持一致，结果显示，基于ＡＲＩＮＣ６６４适配器的半实物仿真系统能够保证物理数据传输的有效性与实时性㊂同时，该半实物仿真平台加载机载显控系统仿真场景后，验证人员能够使用平台提供的仿真测试工具对场景需求进行测试验证，通过运行基于场景需求的测试用例，工具命令窗口会显示单个测试用例是否通过的信息以及测试总结报告的信息㊂本文针对具体场景需求共编制了３０条测试用例，其测试结果以及报告信息如图１１所示，结果表明，该平台仿真运行的系统场景符合设计需求，对系统研制过程具有指导作用㊂１１６㊀李㊀阳，等：基于通用接口适配器的半实物仿真系统设计与实现第４５卷４㊀结束语本文主要介绍了基于ＡＲＩＮＣ６６４适配器的半实物仿真系统的基本原理与系统组成，通过创新性地引入ＡＲＩＮＣ６６４接口适配器的概念，将基于特定半实物仿真通信协议接口研制任务转换为柔性㊁易于配置的通用仿真模块，支持验证人员根据机载半实物仿真场景快速适配真实机载设备数据，在虚拟集成与仿真验证平台的基础上，进行仿真测试，快速验证机载系统设计㊂最后通过接入北斗定位处理机的硬件在环集成仿真场景验证，表明该半实物仿真系统是正确且合理的，具有较高的工程应用价值㊂图９㊀半实物仿真平台物理架构图Ｆｉｇ ９㊀Ｐｈｙｓｉｃａｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ图１０㊀经／纬／高参数随平台运行时间示意图Ｆｉｇ １０㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｗａｒｐ／ｌａｔｉｔｕｄｅ／ｈｅｉｇｈｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈｐｌａｔｆｏｒｍｒｕｎｎｉｎｇｔｉｍｅ参考文献：［１］㊀苗栋，肖刚，余海，等．分布式飞机机电综合系统半实物验证环境设计［Ｊ］．物联网技术，２０２０，１０（４）：９６⁃９９．ＭＩＡＯＤ，ＸＩＡＯＧ，ＹＵＨ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｉｒｃｒａｆｔｅ⁃ｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０２０，１０（４）：９６⁃９９．［２］㊀杨宝庆，马杰，姚郁．飞行器半实物仿真装备研究进展与展望［Ｊ］．宇航学报，２０２０，４１（６）：６５７⁃６６５．ＹＡＮＧＢＱ，ＭＡＪ，ＹＡＯＹ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｏｓ⁃ｐｅｃｔｓｏｆｆｌｉｇｈｔｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｓｆｏｒＨＷＩＬｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２０２０，４１（６）：６５７⁃６６５．［３］㊀吕永玺，屈晓波，史静平．无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现［Ｊ］．实验技术与管理，２０２１，３８（３）：１５３⁃１５７．ＬＹＵＹＸ，ＱＵＸＢ，ＳＨＩＪＰ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒＵＡＶｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０２１，３８（３）：１５３⁃１５７．［４］㊀桑德彬，胡刚，张维，等．一种运载火箭半实物仿真试验系统的实现［Ｃ］／／ ２１全国仿真技术学术会议论文集，贵阳，２０２１：７９⁃８１．ＳＡＮＧＤＢ，ＨＵＧ，ＺＨＡＮＧＷ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｌａｕｎｃｈｖｅ⁃ｈｉｃｌｅ［Ｃ］／／２０２１ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＮａｔｉｏｎａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙＡｃａｄｅｍｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ，２０２１：７９⁃８１．［５］㊀王健，张会新，马银鸿，等．基于半实物仿真飞行平台的飞行记录系统设计［Ｊ］．山西大学学报（自然科学版），２０２２，４５（２）：４１０⁃４１６．ＷＡＮＧＪ，ＺＨＡＮＧＨＸ，ＭＡＹＨ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｆｌｉｇｈｔｒｅｃｏｒｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｌｉｇｈｔｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０２２，４５（２）：４１０⁃４１６．［６］㊀钱忠洋，惠言，张刚．机载航电系统半实物仿真技术研究与平台构建［Ｊ］．航空维修与工程，２０２２（６）：５６⁃５８．ＱＩＡＮＺＹ，ＨＵＩＹ，ＺＨＡＮＧＧ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅＬｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｉｒｂｏｒｎｅａｖｉｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｖｉａｔｉｏｎＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ＆第４期指挥控制与仿真１１７㊀图１１㊀场景验证结果Ｆｉｇ １１㊀ＳｃｅｎａｒｉｏｖａｌｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２（６）：５６⁃５８．［７］㊀倪昱，苏涛，孙功武，等．观测级ＲＯＶ半实物仿真系统研究与实现［Ｊ］．舰船科学技术，２０２１，４３（１９）：５７⁃６０．ＮＩＹ，ＳＵＴ，ＳＵＮＧＷ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａ⁃ｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｌｅｖｅｌＲＯＶ［Ｊ］．ＳｈｉｐＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４３（１９）：５７⁃６０．［８］㊀胥凤驰，谢杨柳，董洁琳，等．基于半实物仿真的水面无人艇测试系统构建方法［Ｊ］．无人系统技术，２０２２，５（１）：８０⁃８７．ＸＵＦＣ，ＸＩＥＹＬ，ＤＯＮＧＪＬ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｓｕｒｆａｃｅｖｅｓｓｅｌｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＵｎｍａｎｎｅｄＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，５（１）：８０⁃８７．［９］㊀贾靖．浅谈机车控制系统半实物仿真测试的实现［Ｊ］．中国设备工程，２０２１（２４）：１６６⁃１６７．ＪＩＡＪ．Ｔａｌｋｉｎｇａｂｏｕｔｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＰｌａｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１（２４）：１６６⁃１６７．［１０］疏成成，苏建徽，施永，等．基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＦＰＧＡ的半实物仿真平台的设计与实现［Ｊ］．电子技术应用，２０２１，４７（１０）：５７⁃６２．ＳＨＵＣＣ，ＳＵＪＨ，ＳＨＩＹ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａ⁃ｔｉｏｎｏｆａｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｂａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷａｎｄＦＰＧＡ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈ⁃ｎｉｑｕｅ，２０２１，４７（１０）：５７⁃６２．（责任编辑：张培培）。

面向案例化教学的半实物仿真系统设计
随着移动互联网、物联网、智能制造等技术的快速发展，教育方式也在逐渐改变，其
中案例化教学成为一种受欢迎的教学方法。

在此背景下，本文提出了一种面向案例化教学
的半实物仿真系统设计。

该系统主要由三个部分组成：主控板、仿真装置和计算机控制装置。

其中，主控板是
系统的核心部件，它采用开放式硬件架构设计，可以轻松扩展各种传感器、执行器和通讯
模块等功能模块。

仿真装置是实物的复制，能够模拟实际的工业控制过程，并能够与主控
板进行互动。

计算机控制装置是系统的用户界面，通过运行软件实现对系统的控制和监测。

该软件
主要分为三个模块：界面模块、控制模块和监测模块。

界面模块提供系统的交互界面，方
便用户对系统进行操作；控制模块则是实现对主控板进行程序编写和上传的功能；监测模
块可以实时监测仿真装置和主控板的运行状态，以便用户及时了解实验结果。

在系统的设计过程中，我们充分考虑到案例化教学的特点，设计了针对性强、易操作、可靠性高的功能模块和界面，以便用户能够更好地理解案例所涉及的技术和概念。

该系统适用于工业自动化、机械制造等领域的教学，可以用于学生的实验教学、教师
的课堂演示和工程师的培训等场合。

通过该系统的应用，学生不仅可以熟练掌握工业控制
技术，还能够培养创新能力和实践操作能力，使得教育更加贴近实际应用。

综上所述，本文提出了一种面向案例化教学的半实物仿真系统设计，该系统具有针对
性强、易操作、可靠性高的特点，可以用于工业自动化、机械制造等领域的教学，为教育
改革和教学创新提供了一种新思路。

《基于半实物仿真平台的电动汽车电机控制系统研究》一、引言随着电动汽车的快速发展，电机控制系统作为电动汽车的核心部分，其性能的优劣直接影响到整车的性能和续航能力。

因此，对电动汽车电机控制系统的研究显得尤为重要。

半实物仿真平台作为一种有效的研究手段，能够真实地模拟电机控制系统的运行环境，为电机控制系统的研究提供了极大的便利。

本文将基于半实物仿真平台，对电动汽车电机控制系统进行深入研究。

二、半实物仿真平台介绍半实物仿真平台是一种将实际硬件与虚拟环境相结合的仿真平台。

在半实物仿真平台中，部分硬件设备与实际运行环境相同，而其他部分则通过计算机进行模拟。

这种仿真方式可以真实地反映电机控制系统的运行状态，同时还可以节省大量的实验成本和时间。

三、电动汽车电机控制系统概述电动汽车电机控制系统主要包括电机、控制器、传感器等部分。

其中，控制器是电机控制系统的核心，负责接收和处理传感器信号，控制电机的运行。

电机控制系统的性能主要取决于控制器的设计和实现。

四、基于半实物仿真平台的电机控制系统研究1. 模型搭建在半实物仿真平台中，需要搭建电机控制系统的模型。

这个模型应该尽可能地接近实际运行环境，包括电机的物理特性、控制器的算法、传感器的信号处理等。

通过模型搭建，可以方便地进行控制系统设计和优化。

2. 控制器设计控制器是电机控制系统的核心，其设计直接影响到整个系统的性能。

在半实物仿真平台中，可以通过计算机进行控制器的设计和优化。

首先，需要根据电机的特性和运行环境，设计合适的控制器算法。

然后，通过仿真实验，对控制器算法进行优化和调整，以达到最佳的控效果。

3. 实验验证在半实物仿真平台中，可以通过实验验证控制器的效果。

通过将实际硬件设备与虚拟环境相结合，可以真实地模拟电机控制系统的运行环境。

通过实验验证，可以评估控制器的性能和稳定性，为后续的优化提供依据。

五、研究结果与分析通过基于半实物仿真平台的电机控制系统研究，我们可以得到以下结论：1. 半实物仿真平台能够真实地模拟电机控制系统的运行环境，为电机控制系统的研究提供了有效的手段。

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。

舰载武器系统平台光电跟踪系统的仿真设计
陆斌
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2004(21)5
【摘要】由于某舰载武器系统已大量装备并投入部队使用,而光电跟踪系统是其中重要的组成部分和先进功能体现,为了解决其日常训练中存在的问题,尽快形成战斗力,该文介绍了针对该舰载武器系统,在完全仿实际装备的硬件平台上利用DirectX 多媒体接口技术制作跟踪仿真软件的设计方法,以实现模拟该舰载武器的防空成像跟踪制导等功能,并通过结果证明其达到了满足模拟跟踪的仿真效果.
【总页数】3页(P17-19)
【作者】陆斌
【作者单位】海军航空工程学院自动控制系,山东,烟台,264001
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于SIMULINK的舰载武器系统仿真平台设计 [J], 吕涛;王基组
2.基于PMSM的舰载光电跟踪系统设计 [J], 朱海荣; 张先进; 师阳; 李奇
3.舰载激光武器毁伤能力的建模与仿真 [J], 徐东翔
4.舰载光电跟踪系统的虚拟仿真系统研究 [J], 陈维义;王树宗;李树山
5.舰载视频高精度光电跟踪系统设计 [J], 郑洁
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测控系统半实物仿真平台设计
张蓉;张家如;邓浩;潘旭东;雍松林;赵平;张敏
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2013(25)B05
【摘要】介绍了某测控系统半实物仿真平台的设计方法。

硬件平台采用通用计算
机和PCI接口板卡组建,真实模拟测控接口的电气特性。

系统按测控系统实际通信
机理,包括基于共享内存通信、CAN通信等工作,模拟了相关分系统的控制接口功能。

该平台成功应用于测控系统的集成调试/测试,为控制系统提供了很好的调试检验平台,达到了完善系统功能,提高系统研制质量的预期目的。

【总页数】6页(P81-86)
【作者】张蓉;张家如;邓浩;潘旭东;雍松林;赵平;张敏
【作者单位】中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.测控系统半实物仿真平台设计 [J], 张蓉;张家如;邓浩;潘旭东;雍松林;赵平;张敏
2.FADEC半实物仿真平台测控系统设计 [J], 陈盛
3.半实物飞行仿真教学平台的设计和开发 [J], 杨姗姗;王彪
4.基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计 [J], 倪怡涛;李俊杰;李晓明
5.半实物列车制动系统仿真平台结构设计及空气制动模型解析 [J], 何志浩;樊嘉慧;梁晖
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基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台研究共3篇基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台研究1基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台研究随着电机技术的不断发展，电机测试技术也在不断地完善。

电机测试平台是电机测试必不可少的工具。

目前，电机测试平台的主要结构包括硬件平台和软件平台，硬件平台主要包括电机、电源、传感器等元件，软件平台主要包括数据采集和处理系统。

如何提高电机测试平台的测试精度和测试效率一直是电机测试领域的一个热门话题。

近年来，基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台研究逐渐受到关注。

dSPACE作为一家专业从事实时系统和仿真技术研发的公司，其半实物仿真技术已经得到广泛应用。

dSPACE半实物仿真是结合实物测试和仿真计算得到的一种测试方法。

通过使用dSPACE硬件，可以模拟电机的真实工作环境，并通过仿真软件模拟复杂的电机控制算法。

这种方法可以大大提高测试精度和测试效率，同时降低测试成本。

在基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台的研究中，一个重要的因素是硬件平台的设计。

硬件平台主要包括电机、电源、传感器等元件。

电机是电机测试平台的核心，电机的质量和性能直接影响测试精度。

因此，在选择电机时，必须根据具体需求和测试要求选择合适的电机。

电源是电机测试平台的重要组成部分，电源的质量和稳定性也会直接影响测试精度。

传感器用于采集电机的运行数据，如电流、电压、转速等。

传感器的精度以及与dSPACE硬件的兼容性都是测试效果的关键因素。

另一个重要的因素是软件平台的设计。

软件平台主要包括数据采集和处理系统。

在数据采集方面，dSPACE硬件可以实现高频、高精度的数据采集，提供可靠的数据支持。

在数据处理方面，dSPACE仿真软件可以模拟电机的运行环境，并对测试数据进行实时计算和分析，提高测试的精度。

此外，dSPACE仿真软件还可以模拟各种复杂的电机控制算法，通过仿真优化控制算法，提高电机的效率和性能。

总之，基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台在测试精度和测试效率上具有很大的优势。

模拟潜望镜半实物仿真系统设计与实现本文将介绍一个模拟潜望镜半实物仿真系统的设计与实现。

一、设计需求该仿真系统的主要设计需求如下：1. 模拟潜望镜的镜头放大和缩小功能。

2. 可以模拟潜望镜的测距功能。

3. 可以模拟潜望镜的方位角和仰角的调整。

4. 可以模拟潜望镜的自动跟踪功能。

二、设计思路该仿真系统的设计思路如下：1. 使用图像处理技术来模拟潜望镜的望远镜功能，并且让用户可以控制望远镜的缩放、测距和跟踪功能。

2. 利用计算机的三维图形技术来模拟潜望镜的方位角和仰角的调整功能。

3. 利用数据通信技术来实现多个仿真系统之间的数据交互和控制。

三、设计实现该仿真系统的设计实现如下：1. 望远镜功能的模拟首先，需要使用图像处理技术来模拟潜望镜的望远镜功能，采用相机模块采集实时图像。

将该模块涂黑，同时增加灯光模块，让该模块在所有时间内都保持黑色状态，以达到类似于一个黑盒的外观。

用户可以在显示的模拟界面上通过滚动条控制镜头的缩放大小，实现放大和缩小的功能。

内部的放大功能则采用图像处理中的图像缩放算法。

根据缩放大小调整传感器采集世界信息所处的位置，获取放大后的图像。

在潜望镜的望远镜中，可以通过图像处理算法获取图像中的物体信息，并通过计算来实现测距的功能。

例如使用三角函数公式：d=sin(α)×h/θ，其中d表示物体到潜望镜的距离，α表示视角在水平方向上占据的角度，h表示物体的高度，θ表示望远镜镜头的垂直角度，这样就可以实现测距的功能。

2. 方位角和仰角的调整方位角和仰角的调整采用三维图形技术实现。

设计一个带有虚拟世界的三维场景，将潜望镜的方位角和仰角转换为对应的旋转矩阵，然后利用该旋转矩阵将虚拟世界的场景进行旋转和调整，以达到类似于潜望镜中观察物体的效果。

3. 自动跟踪功能自动跟踪功能采用模式匹配算法实现，通过图像处理获取物体的轮廓信息，然后利用模式匹配进行跟踪。

该算法需要设计两个模式匹配框，一个是当前轮廓框，另外一个是上一帧轮廓框。