1、概述

FS車輛通常采用液壓驅(qū)動的方案，車載控制器根據(jù)每個工步的狀態(tài)信號（如FS車調(diào)平信號、起豎裝置的起豎角度信號等），解算液壓元件的控制信號（如方向閥、伺服閥或流量閥等液壓元件），以實現(xiàn)FS裝置按規(guī)定要求完成FS車調(diào)平、起豎等多個工步。隨著多個子系統(tǒng)的綜合過程，不同類型信息與能量的交換和傳遞變得越來越復雜，因此在產(chǎn)品定型前，對系統(tǒng)整體動、靜態(tài)性能和運行參數(shù)進行評價和改善，考察系統(tǒng)元件故障對產(chǎn)品工作性能的影響，成為一項重要的研究內(nèi)容。

由于人力、物力和開發(fā)周期等客觀條件的限制，實際過程往往難以制造物理樣機，進行在線跟蹤調(diào)試和改進。因此，比較普遍的做法是在產(chǎn)品定型前對系統(tǒng)關(guān)鍵元件進行性能仿真，暴露設(shè)計中存在的問題，提出符合工程實際的可行性方案。目前傳統(tǒng)方法主要針對單個子系統(tǒng)進行仿真，忽略或簡化其他子系統(tǒng)的影響，這樣雖然能反映系統(tǒng)某些特性，但不能有效體現(xiàn)各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系，不能充分反映系統(tǒng)的綜合性能。因此將液壓、機械動力學、控制等多個子系統(tǒng)通過綜合集成平臺進行調(diào)度與管理，形成一個完整的仿真實驗系統(tǒng)是一個理想方案。

某大型起豎系統(tǒng)是一個典型的復雜多學科機電系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。為將負載起豎到某一位置，系統(tǒng)采用液壓為驅(qū)動能源，配置傳感器測量負載角位移等信號。該角位移信號用來設(shè)計液壓元件的控制律，以確保起豎過程按預(yù)定義的趨勢完成起豎任務(wù)。

從下圖1可以看出，為充分考慮各部分對系統(tǒng)整體性能的影響，可將起豎系統(tǒng)分為液壓能源、機械動力學和控制3個子系統(tǒng)分別建模分析，然后根據(jù)各子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系實現(xiàn)起豎系統(tǒng)的綜合性能仿真和評價。

圖1 起豎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2、地面FS車輛實時仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 起豎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

FS車實時仿真系統(tǒng)是基于LINKS-RT仿真平臺，配置一套包含三個節(jié)點的分布式半實物實時仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的所有實時仿真機上運行統(tǒng)一的分布實時仿真引擎，支持模型間數(shù)據(jù)的同步交互。

（1）實時仿真機：3臺實時仿真機分別用來仿真電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機械動力學系統(tǒng)。實時仿真機的配置除主處理器以外，還包含了相關(guān)的I/O接口卡（如AD、DA、DIO等）。仿真機中分別運行電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和動力學系統(tǒng)仿真模型，對用戶設(shè)計的液壓系統(tǒng)的控制律進行仿真和驗證；其中電控系統(tǒng)可以用作實物替換；

（2）仿真管控主機：仿真管控主機為Windows操作系統(tǒng)，運行Matlab建模軟件，基于Simulink進行系統(tǒng)模型設(shè)計，并能夠自動生成可執(zhí)行程序，下載到VxWorks目標機中實時運行。另外還運行LINKS-RT仿真軟件包和RT-SimPlus顯控組件，用戶通過操作仿真軟件的軟件界面，可以對整個仿真過程進行控制、管理，還可以以虛擬儀表、曲線等方式實現(xiàn)對仿真機的監(jiān)控，是FS實時仿真系統(tǒng)與用戶之間的人機交互接口。

（3）反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)：三臺實時仿真機之間通過反射內(nèi)存（RFM）網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)成一個實時分布式網(wǎng)絡(luò)，既可以確保實時仿真機之間的仿真時鐘同步，又可以在三臺實時仿真機之間進行簡單的數(shù)據(jù)通信；

（4）以太網(wǎng)：系統(tǒng)中的所有計算機都連接到同一個以太網(wǎng)，仿真主控計算機通過以太網(wǎng)傳送仿真管控指令到三臺實時仿真機。同時，仿真過期間，模型解算過程中產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)、參數(shù)也可以通過以太網(wǎng)傳送到仿真主控計算機，用以實現(xiàn)仿真過程實時監(jiān)控功能。

3、地面FS車輛實時仿真系統(tǒng)多學科協(xié)同仿真流程