半实物虚拟模型技术的研究

摘要

近年来虚拟技术的蓬勃发展引发了制造业、工控业以及其他众多领域的变革.该文正是将虚拟现实技术运用到仿真领域,在实验室环境下建立一个可以模拟测试现场的系统平台,以期能为后级系统的开发提供所需数据,从而缩短后级系统的研制周期,提高研制质量,减少研制风险度.半实物虚拟模型系统是将实物模型中提取出的传递函数作为模型构造的基础,经过系统的运算仿真,得到尽可能接近真实的输出信号,实现系统的实时仿真.该文首先分析了相关虚拟技术以及半实物仿真技术的发展,再从建模的角度出发来阐述半实物虚拟模型的基本原理,分析了虚拟模型系统的可行性,为模型系统的实现提供理论基础.其次介绍了由数据采集卡和接口电路构成的数据采集模块,为系统的实时输入和输出提供了硬件上的保证.随后重点讨论了实现该虚拟模型系统的几项关键技术:运用了面向对象技术和类的继承思想实现了模块库中模型构件的可见性和重构性,双缓冲存储和多线程技术保证多任务系统的实时处理能力,数据流向的算法设计解决了模型的仿真算法问题,同时为今后的系统扩展提供了基础.文中还对系统进行了实例应用,验证了系统的虚拟建模及半实物仿真能力,并给出了相应的性能指标.最后对该文的研究工作进行了总结,并提出了对半实物虚拟模型系统作进一步研究开发的设想.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

第一章绪论

1.1课题提出的目的及意义

1.2文献综述

1.2.1虚拟现实技术

1.2.2虚拟原形技术

1.2.3虚拟仿真技术

1.2.4半实物仿真技术

1.3本课题的主要内容

第二章半实物虚拟模型的基本原理

2.1建模与仿真

2.1.1建模

2.1.2计算机仿真

2.1.3建模与仿真的关系

2.2连续系统中的数学模型

2.2.1数学模型的分类

2.2.2连续系统的连续时间模型

2.2.3连续系统的离散时间模型

2.3连续系统仿真

2.3.1连续系统的数字仿真过程

2.3.2连续系统的离散化

2.3.3典型环节的离散化模型

2.3.4采用离散化模型的系统仿真

2.4系统分析

2.4.1一阶系统

2.4.2二阶系统

2.4.3系统仿真

2.5本章小节

第三章半实物虚拟模型的数据采集模块

3.1半实物虚拟模型系统数据采集模块的构成

3.1.1信号发生源

3.1.2 PCI-9112数据采集卡

3.2数据采集卡的硬件介绍

3.2.1 PCI插卡安装

3.2.2跳线设置及板卡安装

3.2.3板卡的配置

3.3数据采集模块的开发

3.3.1数据采集模块的硬件电路

3.3.2数据采集的程序开发

3.4本章小结

第四章半实物虚拟模型系统的关键技术与实现

4.1面向对象的系统开发方法

4.1.1面向对象的系统开发方法的提出

4.1.2面向对象的基本概念

4.1.3面向对象的系统设计

4.2模型构件及建模平台

4.2.1模型构件及建模平台的原理

4.2.2模型构件的属性

4.2.3模型构件的创建

4.2.4模型构件的移动

4.2.5基于模型构件的建模平台的实现

4.3模块整合与数据流向

4.4多线程技术

4.4.1线程的概念与作用

4.4.2多线程及其特点

4.4.3多线程实时处理

4.5双缓冲存储

4.6本章小结

第五章半实物虚拟模型系统的实现与应用分析

5.1系统的开发实现

5.2高阶系统建模

5.3系统的性能指标

5.3.1仿真系统的建立

5.3.2仿真结果及其分析

5.3.3工作频率范围

5.4本章小结

第六章结论

致谢

攻读硕士学位期间己发表的学术论文

参考文献