1.概述

磁浮車(chē)輛控制器的控制回路仿真試驗(yàn)和產(chǎn)品動(dòng)態(tài)測(cè)試是磁浮交通系統(tǒng)研發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些測(cè)試旨在驗(yàn)證車(chē)輛控制器的設(shè)計(jì)是否滿足運(yùn)行要求，并評(píng)估其在實(shí)際運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)性能。

首先，控制回路仿真試驗(yàn)通過(guò)在仿真環(huán)境中模擬不同工況和場(chǎng)景下的控制回路運(yùn)行，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和抗干擾能力等關(guān)鍵指標(biāo)。這有助于發(fā)現(xiàn)和解決潛在的控制問(wèn)題，優(yōu)化控制算法，并確保車(chē)輛在各種工況下能夠穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

其次，產(chǎn)品動(dòng)態(tài)測(cè)試則是將車(chē)輛控制器安裝在實(shí)際磁浮車(chē)輛上，通過(guò)在實(shí)際運(yùn)行中采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，評(píng)估控制器的實(shí)際性能。這種測(cè)試能夠驗(yàn)證仿真試驗(yàn)的結(jié)果是否與實(shí)際運(yùn)行情況一致，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并及時(shí)調(diào)整優(yōu)化，從而確保磁浮車(chē)輛的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

2.磁浮車(chē)輛半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

仿真系統(tǒng)的所有實(shí)時(shí)仿真機(jī)上運(yùn)行統(tǒng)一的分布實(shí)時(shí)仿真引擎，支持模型間數(shù)據(jù)的同步交互。仿真系統(tǒng)主要由試驗(yàn)管理系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、牽引仿真系統(tǒng)、車(chē)輛仿真系統(tǒng)、運(yùn)控仿真系統(tǒng)、仿真接口平臺(tái)、故障注入系統(tǒng)、控制器真件組成。

圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1. 磁浮車(chē)輛半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng)異構(gòu)多目標(biāo)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

仿真機(jī)之間通過(guò)反射內(nèi)存組網(wǎng)通信，反射內(nèi)存提供了高速低延時(shí)的數(shù)據(jù)通訊機(jī)制，同時(shí)也支持事件機(jī)制實(shí)現(xiàn)主從時(shí)鐘同步。

該系統(tǒng)共9臺(tái)實(shí)時(shí)仿真機(jī)，其中一臺(tái)做主節(jié)點(diǎn)，8臺(tái)做從節(jié)點(diǎn)，9臺(tái)仿真機(jī)內(nèi)均插有反射內(nèi)存卡，組成光纖網(wǎng)絡(luò)。

圖2 異構(gòu)多目標(biāo)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2.   硬件構(gòu)成

異構(gòu)多目標(biāo)實(shí)時(shí)仿真環(huán)境采用LINKS-RT位目標(biāo)機(jī)，構(gòu)成如下：

實(shí)時(shí)仿真機(jī)：Links-Box-03仿真機(jī)，采用酷睿I7主頻4.2GHz的高性能處理器；

通訊接口：高速光纖接口的反射內(nèi)存接口卡。

2.3.   軟件構(gòu)成

RT-sim 仿真管理軟件包提供 Matlab Simulink 模型與 VxWorks 目標(biāo)機(jī)的無(wú)縫連接。

RT-sim 仿真管理軟件包支持如下功能：

Links-RT實(shí)時(shí)仿真軟件包由6個(gè)模塊組成：

1)    主控軟件RT-Sim Plus：運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)仿真全過(guò)程管理；

2)    IO模塊庫(kù)RT-Lib：集成于MATLAB Simulink環(huán)境中，提供IO模塊的配置；

3)    實(shí)時(shí)代碼生成組件RT-Coder：集成于MATLAB Simulink環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)由MATLAB Simulink模型自動(dòng)生成VxWorks目標(biāo)代碼；

4)    目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)仿真引擎RT-Engine：運(yùn)行于VxWorks操作系統(tǒng)之上的仿真引擎，為模型提供實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境；

5)    分布式仿真組件RT-MP：基于反射內(nèi)存網(wǎng)，支持多節(jié)點(diǎn)分布式并行仿真；

6)    RTLabview軟件：通過(guò)RTSimplus的watcher接口鏈接至模型，支持用戶(hù)利用Labview開(kāi)發(fā)環(huán)境自行搭建測(cè)試面板與RTSimplus中的模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為RTSimplus提供了更高的靈活性及人機(jī)交互性能。

RTLabview工作流程圖

2.4.   工作流程

1)    用戶(hù)采用 Matlab Simulink上通過(guò)模塊庫(kù)RT-Lib，完成分布式模型系統(tǒng)模型組建。

2)    通過(guò)集成在Simulink環(huán)境中的RT-Coder組件進(jìn)行代碼生成文件，將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為VxWorks目標(biāo)代碼。

3)    仿真主軟件RT-Sim Plus，將生成的目標(biāo)代碼加載到9臺(tái)VxWorks實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，其中一臺(tái)做主節(jié)點(diǎn)，8臺(tái)做從節(jié)點(diǎn)。

4)    在模型的運(yùn)行過(guò)程中，用戶(hù)可通過(guò)仿真主軟件RT-Sim Plus，實(shí)時(shí)監(jiān)視模型信號(hào)并在線修改參數(shù)；也可用RTLabview自行搭建測(cè)試面板對(duì)模型信號(hào)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和修改。

5)     仿真主軟件也支持離線仿真模式，可以在脫離硬件環(huán)境的條件下進(jìn)行模擬運(yùn)行。

6)     實(shí)時(shí)仿真結(jié)束后，可以實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)，自動(dòng)從目標(biāo)機(jī)上傳數(shù)據(jù)，支持在 Matlab、Excel 等軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)回放。

3.Links-RT對(duì)SimPack的支持

Links-RT 實(shí)時(shí)仿真平臺(tái) 集成 SimPack 實(shí)時(shí)解算器，simpack 構(gòu)建仿真模型后可導(dǎo)出 .spck 文件，通過(guò)RTSimPlus 管理軟件快速部署到目標(biāo)機(jī)，支持多線程配置、關(guān)聯(lián)控制器模型輸入輸出接口，構(gòu)成控制器模型-對(duì)象物理模型的聯(lián)合仿真， 同時(shí)可與simpack軟件 實(shí)時(shí)通訊，實(shí)時(shí)顯示仿真動(dòng)畫(huà)。如下圖所示：