基于RTAI的半物理仿真平台关键技术研究与实现

摘要

半物理仿真是对系统进行性能分析和实验验证的有效手段,因其对实际系统的逼近度高而在当前的产品开发过程中广泛使用。本文面向半物理仿真平台的一般功能需求,对构建基于RTAI(RealTimeApplicationInterface)的半物理仿真平台中的一些关键技术进行了深入研究。
　　目标代码自动生成是半物理仿真过程中的一个关键环节,它使模型能够快速地在目标平台上实现。本文深入研究了RTAI-Lab的Matlab/Simulink/RTW接口,剖析了RTAI实时目标代码框架和代码自动生成机制,研究了RTAI-Lab中主机-目标机通讯原理和扩展S函数的方法,为后续的平台扩展奠定基础。
　　仿真模型与外部实物之间的实时通讯是进行半物理仿真的前提。实时接口(Real-TimeInterface,RTI)作为连接仿真模型与外部被控实物之间的桥梁,承担着两者之间的实时通信任务。本文研究采用Simulink与Comedi(LinuxControlandMeasurementDeviceInterface)相结合的方式在RTAI-Lab体系框架中扩展实时接口的机理,并针对倒立摆控制需要开发了若干硬件设备的实时接口模块。
　　仿真监视与调控是人机交互的主要内容。本文剖析了RTAI-Lab体系结构中主机与目标机的通信机制,针对主机不能采用Windows平台的问题开发了仿真引擎模块和监控模块,实现了Windows平台下的仿真监控。
　　最后,将上述研究成果应用到直线电机一级倒立摆控制系统半物理仿真过程中,取得了较好的仿真效果,验证了本文所作研究的可行性。本文的研究工作为倒立摆实时控制提出一种基于平台设计思想的新方案,为基于RTAI与Matlab的半物理仿真奠定了基础。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容与技术难点

1.4 论文组织结构

2 平台总体设计与RTAI-LAB体系框架研究

2.1 半物理仿真平台特性分析

2.2 基于RTAI的半物理仿真平台总体设计

2.3 RTAI-Lab简介及其Matlab接口研究

2.2 RTAI目标代码框架研究

2.3 主机-目标机通讯

2.4 自定义S函数

2.5 本章小结

3 实时接口技术

3.1 Comedi工作原理与应用研究

3.2 实时接口模块实现原理

3.3 倒立摆控制实时接口实现

3.4 本章小结

4 仿真监控与交互技术

4.1 总体框架

4.2 仿真引擎设计

4.3 主机监视软件SimTarget

4.4本章小结

5 直线电机一级倒立摆控制系统半物理仿真

5.1 倒立摆硬件结构

5.2 半物理仿真系统总体设计

5.1 倒立摆控制系统建模

5.2 硬件连接与仿真参数配置

5.3 仿真结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士期间发表的论文