基于xPC的實(shí)時(shí)仿真及控制系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、隨著多體動(dòng)力學(xué)、有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)，它能極大減少實(shí)體樣機(jī)修改工作，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，提高產(chǎn)品性能。但目前的大部分虛擬樣機(jī)技術(shù)主要面向樣機(jī)設(shè)計(jì)階段的性能預(yù)估和優(yōu)化，信息采集與反饋滯后，具有非實(shí)時(shí)性，無法有效評(píng)估樣機(jī)測(cè)試與運(yùn)行等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)階段的性能。虛擬樣機(jī)的實(shí)時(shí)仿真與測(cè)試技術(shù)能夠有效解決上述問題，它通過硬件在環(huán)（HIL，Hardware in the Loop）等半

2、物理仿真實(shí)驗(yàn)，獲得所測(cè)試的機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)的性能數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)產(chǎn)品的優(yōu)化和升級(jí)。
　　基于國(guó)內(nèi)外研究控制系統(tǒng)在環(huán)仿真的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于xPC的實(shí)時(shí)仿真及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。重點(diǎn)研究了多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、xPC實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、EtherCAT主從站開發(fā)、EtherCAT周期性過程通信等內(nèi)容。該方案利用Robotran等構(gòu)建多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，使模型能夠在xPC實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行，并通過EtherCAT實(shí)時(shí)通信技術(shù)，使仿真模型

3、能夠與真實(shí)數(shù)控系統(tǒng)LinuxCNC之間完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的在環(huán)仿真。
　　本文提出的方案是一套完備的―虛機(jī)實(shí)控‖解決方案。首先，利用Robotran的動(dòng)力學(xué)建模特性，構(gòu)建出真實(shí)度較高的仿真模型，并與Simulink一起進(jìn)行協(xié)同實(shí)時(shí)仿真，實(shí)現(xiàn)―虛機(jī)‖的要求。其次，利用EtherCAT技術(shù)的特點(diǎn)，構(gòu)建出實(shí)時(shí)通信的主從站。在運(yùn)行xPC的目標(biāo)機(jī)上添加帶有ESC的KPA卡，使目標(biāo)機(jī)成為從站；在運(yùn)行LinuxCNC的工控機(jī)上

4、安裝EtherCAT主站軟件，使工控機(jī)成為主站。再次，開發(fā)EtherCAT主從站程序。在LinuxCNC中利用comp工具構(gòu)建EtherCAT的HAL（Hardware Abstract Layer）通信模塊，模擬主站；在Simulink中編寫C語(yǔ)言的S函數(shù)，驅(qū)動(dòng)從站工作。最后，編寫PDO（Process Data Obeject）通信代碼，實(shí)現(xiàn)了EtherCAT主從站之間的周期性PDO通信，符合數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)之間的通信要求。同時(shí)，