[实用新型]深度模拟器实时控制系统

说明书

技术领域

本发明属于一种具有实时控制功能的压力自动控制装置。

背景技术

深度模拟器是水下航行器半实物仿真系统的主要设备之一，它接收来自仿真主机代表航行深度的电压信号，通过电液变换将其变为相应的压力信号，并施加于被试器件上。深度模拟器主要用于水下航行器的航行深度模拟，也可用作一般压力变送器的静、动态加压试验。

康凤举在《一种提高水压仿真器精度的新方法》中利用80C196KB单片机实现了深度模拟器的控制系统设计，并采用大小量程传感器自动切换提高了大测量范围下浅水的定深精度。万亚民在《一种高性能水压仿真器的研究》一文中提出使用工控机作为信号采集及控制系统，并在Windows操作环境下，用VC++软件实现了对压力系统的控制以及对仿真过程的显示。上述深度模拟器控制系统设计存在以下问题：应用硬件电路设计的控制器，由于模拟控制器参数确定不变，以及伺服阀本身的非线性，很难在大的深度范围内使系统稳定。基于软件的控制系统虽具备较强的通用功能，但其软件设计是基于Windows操作系统，而该系统是非实时操作系统，线程优先级少；隐含不确定的线程调度机制；缺乏直接对I/O设备进行访问的能力；定时器精度差，漂移现象严重，很难满足半实物仿真对实时性的要求；缺乏对采集信号的滤波，这样由于外界环境干扰引起的误差会大大降低闭环的控制精度。

发明内容

为了克服现有系统不稳定或非实时操作、控制精度低等不足，本发明提供一种基于RTX(Real Time Extension)的深度模拟器实时控制系统，解决了传统深度模拟器实时性和通用性的矛盾，提高了闭环控制回路的控制精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：深度模拟器包括控制系统和液压系统，其中控制系统包括工业控制计算机、PCI-1716数据采集卡和PCI-1723数据输出卡，液压系统包括液压泵站、电液伺服阀和双量程压力传感器。

液压泵站提供稳定的油源给电液伺服阀的压力腔；使压力腔产生相应的压力，压力分为两路，一路加载到用户传感器上，另一路加载到双量程压力传感器上，所述的双量程压力传感器包括0-10MPa压力传感器和0-2MPa压力传感器，PCI-1716是16位16通道多功能数据采集卡，其中0通道与0-10MPa压力传感器相连，用于获取大量程传感器反馈的代表深度的电压信号，2通道与0-2MPa压力传感器相连，用于获取小量程传感器反馈代表深度的电压信号；将PCI-1716采集的双量程传感器反馈电压信号输送到工业控制计算机，由其完成信号转换、双量程自动切换和卡尔曼滤波，将反馈电压信号转化为压强信号作为系统反馈值，工业控制计算机接收仿真主机传递来的数字深度信号转换为压强信号，作为深度模拟器系统的参考输入值，由工业控制计算机求解误差量并进行PID运算，将运算后代表深度的数值量转换为电压信号通过PCI-1723数据输出卡控制电液伺服阀的开口大小及进、出油，使工作腔产生相应的压力。

所述的PCI-1723为16位8通道数据输出卡，可输出-10～10VDC、0～20mA及4～20mA等类型信号，根据功能需求，采用-10～10VDC方式，其中0通道向液压系统的伺服阀输出控制电压信号。

本发明所述基于RTX的深度模拟器实时控制系统的控制方法包括以下六个步骤：

(1)实时获取仿真主机传送来的数字深度信号，并将其转换为压强信号，作为深度模拟器的参考输入；

(2)RTX实时控制模块周期性地采集与双量程传感器相连接的PCI-1716上0通道和2通道的电压信号；

(3)将PCI-1716上0通道和2通道的电压信号转换为压强信号，并进行双量程传感器压力自动切换和接力区平滑处理；

为保证系统具有大的工作范围，且在浅水时深度模拟器有很高的仿真精度，本发明采用双量程传感器自动切换反馈控制，即在浅水时用小量程传感器(0-2MPa)反馈信号，在深水时用大量程传感器(0-10MPa)反馈信号，这样理论上浅水时的测量精度将提高5倍，大大提高了整个系统的仿真精度。但如果在切换点附近数据处理不妥，系统在此点处很可能产生振荡，因此在系统设计时需解决的主要问题是选择切换区域，即接力区，并对该区域的压力值进行平滑处理。针对此问题，设计自动平滑处理算法平滑压力反馈值，以保证系统的稳定。具体方法如下：

设0-10MPa的传感器输出值经转换得到的压强值为P₁，设0-2MPa的传感器输出值经转换得到的压强值为P₂，P为数据处理后的压强值，则