一种机车半实物仿真测试系统及方法技术方案

技术编号:14693712 阅读:78 留言:0更新日期:2017-02-23 16:39
本发明专利技术公开了一种机车半实物仿真测试系统及方法,该系统包括:机车实际控制单元;对机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置并进行总线数据采集、监控处理及信号传输故障模拟处理的总线测试单元;为机车实际控制单元提供仿真工作环境的仿真单元;为机车实际控制单元与仿真单元之间建立信号传输通道的转换单元;为机车实际控制单元提供所需的仿真模型的上位机,该上位机能够根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型,进行模型初始化后向仿真单元输出相应的控制信号。本发明专利技术能够满足机车系统级动态和稳态性能的研究需求;同时引入总线运行情况的监控以及传输故障注入机制,为产品的总线方面的研究提供了便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气系统仿真技术,具体的说是涉及一种应用于内燃机车和电力机车半实物仿真测试用的机车半实物仿真测试系统及方法
技术介绍
由于机车的交流传动系统是一个复杂的非线性系统,设计和分析的难度较大,如果直接将被控对象与实物控制器相连接,则可能产生下面三个问题:(1)测试人员在进行试验过程中的人身安全存在隐患;(2)测试过程中如全部采用实物进行,则会产生高昂的试验费用;(3)极限工况在实验室条件下是无法实现的。目前通常采用的Matlab/Simulink等离线仿真手段,但是上述离线仿真手段则往往存在在试验过程中缺少对中断延迟、执行时间、实时监测等一些实时数据的采集功能,进而影响对现代交流传动系统动态和稳态性能的研究的问题。所以,需要在机车交流传动系统研究中采用半实物仿真的方法以利用半实物仿真的方法最终达到掌握机车系统开发的目的。由于进行机车交流传动系统研究的主要技术方向为:系统引进→消化吸收→正向开发;其中,(1)消化吸收阶段,该目的阶段是将引进的系统进行理解和吸收,以实现能够将系统每个部件,每个设备的功能都了解透彻;(2)正向开发阶段,该阶段基于前述消化吸收阶段的成果,进行正向的功能开发。同时在机车系统研究的消化吸收和正向开发阶段,都主要涉及控制策略和控制器之间通讯的研究,因而利用半实物仿真测试的方法可以有效地开展研究,并得到较为理想的试验结果。前述半实物仿真的手段可分为两种形式:快速控制原型(RCP,RapidControlPrototyping)和硬件在回路(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过程是采用“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”模式。其中,针对带载有功率的设备主要采用硬件在回路仿真(HIL)。HIL硬件在回路仿真测试方法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。从安全性、可行性和合理成本上考虑,HIL硬件在环仿真测试已经成为控制器开发过程中非常重要的一环,可减少控制器与真实硬件设备连接测试的风险,缩短控制器测试验证过程的开发时间,降低测试成本,提高控制器软硬件质量和可靠性。而如何有效利用硬件在回路仿真(HIL)进行机车交流传动系统研究是本专利技术的研究重点。同时鉴于现有的硬件在回路仿真测试方法中尚没有针对总线运行情况的监控以及研究总线可靠性的故障注入的技术,因此在测试方法中加入对于总线运行情况的监控以及研究总线可靠性的故障注入的研究,以实现为产品的总线方面的研究提供便利并降低产品开发过程中对试验资源的依赖等也是本专利技术的研究重点。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷,本专利技术的目的是要提供一种机车半实物仿真测试系统,以满足机车系统级动态和稳态性能的研究需求。为了实现上述目的,本专利技术的技术方案:一种机车半实物仿真测试系统,其特征在于,包括:机车实际控制单元;对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理的总线测试单元,该总线测试单元同时能够根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理;为所述机车实际控制单元提供仿真工作环境的仿真单元,该仿真单元能够根据上位机所输出的仿真模型以及转换单元所输出的反馈信号生成与所述机车实际控制单元所需仿真工作环境相匹配的环境模拟信号;为所述机车实际控制单元与仿真单元之间建立信号传输通道的转换单元,该转换单元能够将所述仿真单元输出的环境模拟信号输入至对应的实际控制单元,同时将机车实际控制单元输出的反馈信号输入至仿真单元;以及为所述机车实际控制单元提供进行当前仿真过程所需的仿真模型的上位机,该上位机能够根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型,对各所述仿真模型进行模型初始化后向仿真单元输出相应的控制信号。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述总线测试单元包括对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理的总线数据监测子单元;该总线数据监测子单元包括:能够基于所设定的协议模型,对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置的总线配置模块;对配置后的各总线进行总线数据采集的总线数据采集模块以及能够对所采集的总线数据进行分类统计和或同步存储的总线数据监控模块。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述总线测试单元还包括能够根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理的总线故障注入子单元,该总线故障注入子单元包括:若干被设置于所述机车实际控制单元的各信号传输通道间的受控开关;以及能够根据当前的测试需求,对各所述受控开关的通路/断路状态进行交替控制,以模拟所述机车实际控制单元中所选定的一个或者多个总线存在信号传输故障的状态的故障模拟控制器。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述上位机包括:HIL模型调取单元,该HIL模型调取单元能够根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型;与所述HIL模型调取单元相连接的模型初始化单元,该模型初始化单元能够对各所述仿真模型进行初始化后向仿真器输出相应的控制信号。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述系统还包括反射内存单元,该反射内存单元能够为系统内的仿真单元与本系统之外的其他仿真单元创建用于实现同步仿真及仿真数据交互过程的反射内存网络。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述机车实际控制单元包括内燃机车实际控制器和电力机车实际控制器,上述两种实际控制器均包括主控制单元、司机显示单元、辅助控制单元、牵引控制单元、输入/输出单元,且均用于根据上位机输出的控制信号和转换器输出的环境模拟信号生成各自对应的反馈信号。本专利技术还要提供的是一种基于上述系统的机车半实物仿真测试方法,其特征在于:包括如下步骤S1、根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型;同时对机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理;S2、对各所述仿真模型进行模型初始化后向仿真单元输出相应的控制信号;所述的模型初始化是指分别对各所述仿真模型进行类型判断并依据所判断的模型类型进行分别处理即分别判断所述仿真模型是否属于第一类仿真模型,若该仿真模型属于第一类仿真模型则直接将模型对应的端口修改为与仿真器相对应的端口;若该仿真模型不属于第一类仿真模型,则确认该仿真模型属于第二类仿真模型,并对该仿真模型进行改造,所述改造包括对模型端口的改造以及定步长的修改;S3、根据上位机所输出的仿真模型以及转换单元所输出的反馈信号生成与所述机车实际控制单元所需仿真工作环境相匹配的环境模拟信号,并以所述机车实际控制器为被控对象进行模拟仿真。进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述步骤S1还包括根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理;进一步的,作为本专利技术的优选方案,所述信号传输故障模拟处理包括对各受控开关的通路/断路状态进行交替控制,以模拟所述机车实际控制单元中所选定的一个或者多个总线存在信号传输故障的状态;所述受控开关为若干被设置于所述机车实际控制单元的各本文档来自技高网
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一种机车半实物仿真测试系统及方法

【技术保护点】
一种机车半实物仿真测试系统,其特征在于,包括:机车实际控制单元;对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理的总线测试单元,该总线测试单元同时能够根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理;为所述机车实际控制单元提供仿真工作环境的仿真单元,该仿真单元能够根据上位机所输出的仿真模型以及转换单元所输出的反馈信号生成与所述机车实际控制单元所需仿真工作环境相匹配的环境模拟信号;为所述机车实际控制单元与仿真单元之间建立信号传输通道的转换单元,该转换单元能够将所述仿真单元输出的环境模拟信号输入至对应的实际控制单元,同时将机车实际控制单元输出的反馈信号输入至仿真单元;以及为所述机车实际控制单元提供进行当前仿真过程所需的仿真模型的上位机,该上位机能够根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型,对各所述仿真模型进行模型初始化后向仿真单元输出相应的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种机车半实物仿真测试系统,其特征在于,包括:机车实际控制单元;对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理的总线测试单元,该总线测试单元同时能够根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理;为所述机车实际控制单元提供仿真工作环境的仿真单元,该仿真单元能够根据上位机所输出的仿真模型以及转换单元所输出的反馈信号生成与所述机车实际控制单元所需仿真工作环境相匹配的环境模拟信号;为所述机车实际控制单元与仿真单元之间建立信号传输通道的转换单元,该转换单元能够将所述仿真单元输出的环境模拟信号输入至对应的实际控制单元,同时将机车实际控制单元输出的反馈信号输入至仿真单元;以及为所述机车实际控制单元提供进行当前仿真过程所需的仿真模型的上位机,该上位机能够根据当前的测试需求自预存储的离线仿真HIL模型库中调取若干对应的仿真模型,对各所述仿真模型进行模型初始化后向仿真单元输出相应的控制信号。2.根据权利要求1所述的机车半实物仿真测试系统,其特征在于:所述总线测试单元包括对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置,并对配置后的各总线进行总线数据采集及监控处理的总线数据监测子单元;该总线数据监测子单元包括:能够基于所设定的协议模型,对所述机车实际控制单元的各总线进行通讯协议配置的总线配置模块;对配置后的各总线进行总线数据采集的总线数据采集模块以及能够对所采集的总线数据进行分类统计和或同步存储的总线数据监控模块。3.根据权利要求2所述的机车半实物仿真测试系统,其特征在于:所述总线测试单元还包括能够根据当前的测试需求,对各前述总线进行信号传输故障模拟处理的总线故障注入子单元,该总线故障注入子单元包括:若干被设置于所述机车实际控制单元的各信号传输通道间的受控开关;以及能够根据当前的测试需求,对各所述受控开关的通路/断路状态进行交替控制,以模拟所述机车实际控制单元中所选定的一个或者多个总线存在信号传输故障的状态的故障模拟控制器。4.根据权利要求1所述的机车半实物仿真测试系统,其特征在于:所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员:贾靖于健
申请(专利权)人:中车大连机车研究所有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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