一种清筛车半物理仿真试验台及其仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种清筛车半物理仿真试验台及其仿真方法，包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。本系统在传统的半物理仿真系统的基础上，添加可视三维模型，交互界面友好，实时接收数据，且根据实时改变的清筛机运动参数，提供高真实度的仿真展示，在大型养路机械中具有广阔的应用前景。本系统面向大型铁路设备高速走行系统，模块化程度高、实时性强、可视化程度高，利于混合编程和模块化组建，有效降低开发成本和运行成本，易于扩展，具有重要的工程实用价值。

Semi physical simulation test platform for cleaning vehicle and simulation method thereof

The invention discloses a cleaning vehicle semi physical simulation test bench and simulation methods, including 3D real-time display and real-time simulation computer, computer simulation and computer management of the hardware platform, the hardware platform includes controller, the controller is connected with a data acquisition card and computer simulation. This system is based on the semi physical simulation system on the traditional add visual 3D model, friendly interface, receive real-time data, and according to the real-time change of cleaning machine motion parameters, the simulation provides high fidelity display, and has broad application prospect in large maintenance machinery. This system for large high speed railway equipment running system, modularization and high real-time, high degree of visualization, for mixed programming and modular construction, reducing development cost and operation cost, easy to expand, which has important practical engineering value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种清筛车半物理仿真试验台及其仿真方法，用于代替清筛机实物实验。
技术介绍
铁路运输是我国最主要的交通运输方式之一。当碎石道床的不洁度(按重量计算)超过30％时，道床弹性降低，使车辆与铁轨间的冲击增大，如此会降低车辆运行平稳性。为了保证行车安全，就应该周期性地进行清筛作业。清筛机此时便发挥作用：它在清理道砟的同时，将废砟和污土输送到线路以外，并回填清洁的道砟。目前，清筛机作业采用“天窗”模式：即在清筛机作业过程中，该段铁路停止通车。在约180分钟的天窗时间中，清筛机作业时间只有100分钟，而剩余的80分钟被用于清筛机从停放点至工作点以及反向路程的行驶。由于只占总时间的56％，所以天窗利用率有待提高。在停放点与工作点中运行时的工况称之为高速走行工况，而实际工作时的工况称为工作工况。由此可以看出，区间高速走行作为辅助作业的重要组成部分，会直接影响天窗的利用率乃至铁路线路安全，需进一步深入研究。然而尽管对于高速走行系统有更新的需求，因清筛机的大体积和复杂液压系统，其实验条件苛刻且难以满足，高速走行系统的发展一直处于停滞状态。在实验条件苛刻的现状下，半物理仿真系统的应用大量涌现。半物理仿真(Hardware-in-the-loop，HIL)是指在仿真回路中接入一部分实物用来代替数学模型的实时仿真，是目前可信度较高的仿真技术。一般而言，判断仿真好坏的直接因素是仿真系统曲线能否和实际系统曲线一致，但这种判断方式无法判断仿真系统的实时性能，因为“一致”性一般是基于仿真系统的离线数据。此外，大部分半物理仿真系统都不提供实时视觉图像，而在大型养路机械的设计中，需要引入实时视频对其监控，从而得到更直观的图像感受。综上，一种能够代替清筛机实物实验，从而进行简易、高效，能够提供图像的实时新型半物理仿真平台亟待开发。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是提供一种针对大型铁路机械(如清筛车)，能够实时采集传导数据，且具备实时图像显示的半物理仿真平台。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种清筛车半物理仿真试验台包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机用以太网构成局域网，实时仿真计算机通过UDP通信方式将模型的位置信息和速度信息传输给三维实时显示计算机，所述的实时仿真计算机与仿真管理计算机之间通过TCP/IP通信，仿真管理计算机包括自主操作界面、显示模块和保存模块，实时仿真计算机将仿真结果实时传给自主操作界面，显示模块进行曲线的显示，保存模块保存仿真数据便于后期处理，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。自主操作界面由C#Winform搭建，实时仿真计算机中的清筛车仿真模型由xPC运行。优选的，所述的实时仿真计算机中的清筛车仿真模型包括采集模块、发动机、插装阀组、排量控制模块、变量泵、变量马达、压力容器、机械系统和溢流阀；所述的控制器控制采集模块；采集模块采集发动机转速、发动机和变量泵的负载转矩；排量控制模块分别控制变量泵和变量马达的排量，采集模块控制发动机油门开度、控制插装阀组，并通过排量控制模块间接控制变量泵的排量。优选的，所述的实时仿真计算机将变量马达总效率、变量泵总效率、发动机耗油量、机械系统的加速度、速度和位移通过TCP/IP通信方式发送给仿真管理计算机的显示模块进行显示。优选的，所述的硬件平台还包括操作手柄和信号输入端，操作手柄和信号输入端向控制器发送控制信号实现主动控制。优选的，所述的硬件平台还包括传感器和液压系统，所述的传感器包括压力传感器、流量传感器、位移传感器，传感器与液压系统相连构成闭环控制，采集液压系统的压力、流量和位移。优选的，所述的三维实时显示计算机是由3Dmax和Unity搭建的清筛机的实时三维显示模块，实时仿真计算机将机械系统的加速度、速度和位移信息发送给三维实时显示计算机，三维实时显示计算机实时显示模块，更新三维场景的地形地貌和轨道信息。所述清筛车半物理仿真试验台的仿真方法包括如下步骤：1)模型初始化，搭建清筛机模型，经过matlab自带的实时工具箱RTW生成可移植的dlm文件；2)仿真管理计算机初始化，包括：2.1)初始化操作界面，确保其正常工作；2.2)初始化TCP/IP网络通信，与实时仿真计算机进行通信握手，确认网络畅通；2.3)初始化二维曲线和仪表，在显示模块上绘制曲线和仪表；3)实时仿真计算机始化，包括：3.1)确保实时仿真计算机能够正常实时进行模型仿真；3.2)初始化数据端口，确保其能采集控制器信号；4)三维实时显示计算机初始化，初始化三维图形场景，在计算机显示器上绘制清筛机可视化模型和地貌轨道模型；5)仿真管理计算机更新循环，包括：5.1)接收实时仿真计算机的实时仿真结果数据；5.2)更新二维曲线的数值；6)三维实时显示计算机更新循环，包括：6.1)接收实时仿真计算机发送的清筛机的位置和速度信息；6.2)更新三维场景的地形地貌和轨道信息。所述步骤5.1)中接收实时仿真计算机的实时仿真结果数据为清筛机的位置、运动信息，如位移、速度、加速度等。二维曲线以时间为横坐标，对数据进行实时显示，纵坐标为上述5.1所述的位置或运动信息。所述步骤6.2)更新三维场景的地形地貌和轨道信息为：设置地形宽度，判断清筛机位移与1.5倍的地形宽度大小，一旦清筛机位移大于1.5倍的地形宽度，则该地形移动两个地形宽度，即移动至下一位置；如此，随着清筛机的移动，地形会持续更新。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：由C#Winform搭建的主操作界面，保证实时修改和交互数据，三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机三者之间用以太网构成局域网，能满足实时数据传递和交互，传递媒介分别为TCP/IP和UDP。本系统在传统的半物理仿真系统的基础上，添加可视三维模型，交互界面友好，实时接收数据，且根据实时改变的清筛机运动参数，提供高真实度的仿真展示，在大型养路机械中具有广阔的应用前景。本系统面向大型铁路设备高速走行系统，模块化程度高、实时性强、可视化程度高，利于混合编程和模块化组建，有效降低开发成本和运行成本，易于扩展，具有重要的工程实用价值。附图说明图1是本专利技术所述的仿真系统整体框架示意图；图2是本专利技术所属的清筛机高速走行系统模型集成图；图3是本专利技术所述的上位机控制流程图；图4是本专利技术所述的实时内核功能框图；图5是本专利技术所述的三维实时显示控制流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。如图1所示，一种清筛车半物理仿真试验台包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机用以太网构成局域网，实时仿真计算机通过UDP通信方式将模型的位置信息和速度信息传输给三维实时显示计算机，所述的实时仿真计算机与仿真管理计算机之间通过TCP/IP通信，仿真管理计算机包括自主操作界面、显示模块和保存模块，实时仿真计算机将仿真结果实时传给自主操作界面，显示模块进行曲线的显示，保存模块保存仿真数据便于后期处理，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。自主操作界面由C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清筛车半物理仿真试验台,其特征在于包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机用以太网构成局域网，实时仿真计算机通过UDP通信方式将模型的位置信息和速度信息传输给三维实时显示计算机，所述的实时仿真计算机与仿真管理计算机之间通过TCP/IP通信，仿真管理计算机包括自主操作界面、显示模块和保存模块，实时仿真计算机将仿真结果实时传给自主操作界面，显示模块进行曲线的显示，保存模块保存仿真数据便于后期处理，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种清筛车半物理仿真试验台,其特征在于包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机用以太网构成局域网，实时仿真计算机通过UDP通信方式将模型的位置信息和速度信息传输给三维实时显示计算机，所述的实时仿真计算机与仿真管理计算机之间通过TCP/IP通信，仿真管理计算机包括自主操作界面、显示模块和保存模块，实时仿真计算机将仿真结果实时传给自主操作界面，显示模块进行曲线的显示，保存模块保存仿真数据便于后期处理，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。2.根据权利要求1所述的一种清筛车半物理仿真试验台，其特征在于所述的实时仿真计算机中的清筛车仿真模型包括采集模块、发动机、插装阀组、排量控制模块、变量泵、变量马达、压力容器、机械系统和溢流阀；所述的控制器控制采集模块；采集模块采集发动机转速、发动机和变量泵的负载转矩；排量控制模块分别控制变量泵和变量马达的排量，采集模块控制发动机油门开度、控制插装阀组，并通过排量控制模块间接控制变量泵的排量。3.根据权利要求2所述的一种清筛车半物理仿真试验台，其特征在于所述的实时仿真计算机将变量马达总效率、变量泵总效率、发动机耗油量、机械系统的加速度、速度和位移通过TCP/IP通信方式发送给仿真管理计算机的显示模块进行显示。4.根据权利要求1所述的一种清筛车半物理仿真试验台，其特征在于所述的硬件平台还包括操作手柄和信号输入端，操作手柄和信号输入端向控制器发送控制信号实现主动控制。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，上官临颖，
申请(专利权)人：杭州流控机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33