半物理仿真

摘要： 针对龙门机器人的视觉定位问题,提出了基于半物理仿真的龙门机器人视觉测量实验系统.该系统基于Unity软件平台开发,构建了虚拟龙门机器人木工加工场景,用相机采集投影仪投影的虚拟仿真场景,模拟实验条件,实现了对虚拟场景下龙门机器人末端相对位姿的求解.本实验首先在虚拟场景下设置虚拟棋盘格,并控制棋盘格位姿变换,通过分析半物理实验条件下的相机标定流程,利用张正友标定法对虚拟相机、工业相机和投影仪的联合内参进行了求解.然后在虚拟场景中的机器人和目标工作台上设置标志物,利用工业相机采集投影图像,通过基于圆形特征的目标位姿测量方法计算出了机器人末端与目标工作台的相对位姿.最后进行了精度测试实验,对比了不同特征提取算法和不同工作距离下的实验误差,验证了所提出的半物理视觉测量系统的准确性,并对系统的误差来源进行了评估.实验结果表明,本文提出的方法可以辅助进行龙门机器人视觉定位测试,对设计木工家具制造场景下的龙门机器人视觉定位系统具有指导意义.

摘要： 为有效清除太空垃圾,模拟空间中对废弃卫星的回收过程,采用半物理实验技术对绳系收放装置进行地面试验考核,验证绳系收放控制系统的性能。半物理仿真是一种通过实物或物理模型与数学模型相结合进行仿真的技术,通过地面半物理仿真实验对空间任务进行先验,大大减少了空间实验的成本,可有效指导空间任务的设计与控制。首先,对绳系卫星拖拽过程进行动力学建模,明确了拖拽过程的任务目标,确立了绳系拖拽半物理系统的机械组成。其次,设计了全物理仿真单元为被动加载单元,卫星质量采用等效惯量转台模拟。然后,为模拟目标在绳系拖拽作用下的动力学状态,仿真加载单元由半物理仿真方式设计。最后,针对实际试验过程中存在的张力测量误差扰动,设计了基于模型预测控制的控制策略,为了对拖拽过程的张力和绳长精确控制,实验使用双闭环电机联合控制,通过模型预测控制的方式联合张力位置双电机仿真。结果表明,基于模型预测控制的张力误差精度为5%,从而验证了绳系收放控制系统对拖拽过程的控制有效性。

摘要： 针对严格反馈三轴稳定航天器姿态控制问题,在考虑航天器系统存在模型不确定性、未知外部扰动、系统存在时延情况下,提出了一种鲁棒控制方法。首先建立航天器误差运动学和动力学模型,使用神经网络对系统不确定性和未知扰动进行逼近、引入障碍李雅普诺夫函数对系统状态约束进行处理;然后利用反步法构造一种鲁棒自适应姿态控制器,通过李雅普诺夫方法证明闭环系统是最终一致有界的;最后,结合工程实际经验对系统已知时延进行前馈补偿。半物理仿真结果表明了所设计控制器的有效性和鲁棒性。

摘要： 针对单片机开发学习过程中实物硬件短缺或易损,以及仿真软件库中缺少元器件模型,实验现象不明显等问题,提出了基于Proteus的半物理电路仿真的设想和方法,即由PC机上的Proteus仿真软件作为上位机,实物硬件电路作为下位机,使其互相通讯完成预期的功能。并设计了基于Proteus的温控超声波测距半物理仿真系统,用以阐述具体的实现过程。设计过程中发现实物硬件与Proteus仿真电路之间可通过RS-232-C异步串行接口进行通信。通过进一步实验,发现传统的USB串行总线式接口也可实现通信功能。实验表明,此方法能降低开发成本,缩短开发周期,提高软硬件的兼容性,为后续单片机学习与开发提供了新的参考方向和思路。

摘要： 利用虚拟串口组件COMPIM设计了一款基于Proteus半物理仿真控制的太阳能追踪系统。系统主要由计算机中虚拟软件Proteus建立模型作为上位机,太阳能板组成的硬件电路作为下位机,通过RS232串口进行通讯,实现了半物理仿真控制。实验结果表明:该系统实现半物理仿真具有可行性,节约了开发成本,为高校学习开发新能源技术提供一种新的思路。

摘要： 面向多星在轨涉及的任务规划功能复杂、需要在轨协同、频繁信息交互等需求,文章设计了多星在轨自主协同任务规划仿真试验系统,系统由任务场景模拟软件、星载综合电子计算机、遥测遥控收发模拟设备、星间数据链路模拟器、供配电设备等单元组成。通过对地面测试及在轨仿真等方面的验证,表明该系统能够为多星协同星上自主任务规划系统提供一个可视化的闭环测试环境,模拟地面目标分布及运动特性,计算并模拟卫星对目标的搜索发现窗口、机动成像过程。通过仿真系统与星上系统的物理连接,接收并发送星间协同交互的各类数据包,动态监测并显示任务规划信息、遥测数据,并具备验证评估等多种功能。该系统能够丰富多星协同的仿真验证手段,提高现有卫星仿真测试能力,为多星协同仿真、测试、试验、在轨的各环节提供技术保障。

摘要： 2022年29卷8期,《基于Proteus的温控超声波测距半物理仿真系统设计》一文(页码为:63-67),增加如下内容:基金项目:教育部产学合作协同育人项目(202102198008):基于建模与半物理仿真的电工电子系列课程实践教学资源开发。

摘要： 飞行姿态控制系统作为飞机姿态控制的重要组成部分,对飞机起降、空中姿态调整具有重要影响;为快速建立液压作动系统数值计算模型、飞行员操纵及控制单元、舵面及起落架演示单元等实验实物环节,基于Automation Studio液压设计及仿真专用软件,设计与开发了某型飞机飞行姿态控制系统的半物理仿真实验平台;给出了飞行姿态控制系统半物理仿真平台软总体方案、硬件组成、工作原理及开发和实验流程;最后,以飞机方向舵为例,开发了包括液压油油箱、液压马达、控制阀门、作动筒及管道、溢流阀、限位开关等装置的数值计算模型,液压阀位置数字PID调节器,结合舵面及其加载演示系统PLC控制程序,配合现场人员的实际操控动作,开展了方向舵液压作动随动控制系统半物理仿真实验研究,试验并分析了飞机机翼液压作动系统位置随动过程中的运行工况,并记录关键的实验数据曲线,为飞行姿态控制系统研究提供了一种直观的仿真及分析实验方法。

摘要： 为推进某型燃气轮机控制系统的开发进度,针对该型燃气轮机构建了半物理仿真试验平台,该试验平台可对燃油供油温度、压力、流量以及进口导叶角度进行精确、快速的控制.另外,该试验平台进行了燃烧室背压和三转子转速的模拟,使得燃气轮机工作过程的模拟更接近于实际.试验平台各个功能模块能够协同工作,较好地模拟燃气轮机起动、加速、加载、停车等各个过程,为燃气轮机控制系统的开发提供了良好的试验支撑.

摘要： 提出一种变流量数燃油喷嘴动态模拟装置.采用伺服电机驱动的调节阀、压力传感器、流量计等组成装置硬件.在分析真实喷嘴动力学模型的基础上,提出压差动力控制法,实现3组并联变流量数喷嘴的流量特性模拟.对模拟装置进行建模,分析其对流量突变、分配比突变等外界条件变化的响应.最后,通过实物样机验证可知,它在多喷嘴并联条件下可稳定运行,在总流量、分配比等外部条件变化时可快速响应与收敛.

摘要： 为了取得更加优良的控制性能,针对某型涡扇发动机,提出一种改进全局快速非奇异Terminal滑模控制器,取代前馈PID控制器以用于转速闭环控制中.该控制器采用指数趋近律对全局快速非奇异Terminal滑模控制进行优化,并通过低通滤波器进行消抖.半物理仿真试验结果表明,相比于常规前馈PID控制,该控制器具有良好的动、静态性能,且没有明显抖振,可以将其应用于航空发动机控制系统中.

摘要： 随着仿真技术的发展,半物理仿真在研究控制系统性能和策略的应用日益广泛.为构建某高空台半物理仿真系统,提出了上位机、下位机和实物部件的形式结构,并阐述了系统重要数值仿真模型的实现.最终在基于PLC平台上完成系统开发,实现了模型计算、数据采集、上下位机数据通讯及系统参数控制等功能.仿真结果表明,该系统运行可靠稳定,有很好的实时性、精确性,能反映控制系统作用下的真实试车过程.

摘要： 针对国内缺少对飞机电液刹车系统的先进试验平台,采用半物理仿真的方法对电液刹车系统进行试验,有效地解决目前惯性台模拟试验系统的存在的缺陷,并对电液刹车系统进行了试验验证.

摘要： 半物理仿真试验中燃油调节器的计量流量与当量喷嘴的背压关系密切.现有半物理台燃油出口压力不受控,影响了仿真试验的置信度.为此,本文提出了一种设计方案,根据发动机的实际工况进行背压的模拟.分析表明,主燃油装置出口压力完全可以采用背压调节阀进行模拟.最后,本文提出了背压模拟系统的具体实现方案.

摘要： 针对航空发动机半物理仿真中燃油泵进口压力的波动问题,设计了一种稳定的燃油调压系统.以最小二乘法为依据辨识了调压系统执行部件的数学模型,根据模型设计了PID控制器的参数,使其满足仿真试验中各状态的稳态、动态控制需求.试验结果表明:本文设计的调压系统动态调节精度达到3.75％F·S,稳态精度达到0.75％F·S,可满足航空发动机半物理仿真试验的需求.

摘要： 针对航空发动机半物理仿真试验中,压气机出口压力模拟设备非线性强,精度差等问题,设计了一种双闭环压力模拟器,以最小二乘法为依据辨识了压力模拟器的内环线性模型,根据模型参数调整了控制器参数,使其满足仿真试验中各状态的稳态、动态控制需求.仿真结果表明:本文设计的压力模拟装置跟随性好,精度高,可满足航空发动机半物理仿真试验的需求.

摘要： 反推力装置可有效缩短飞机滑跑距离,提高着陆安全性,是大型客机与运输机动力配套的重要装置,其中控制系统是整个反推力系统的核心.为了建立反推力装置的半物理试验仿真平台来验证反推力装置的性能指标,以民航客机发动机上安装的叶栅式反推力系统为对象,阐述了反推力装置的结构及工作原理,分析了液压作动系统中的同步机构技术以及反推力系统中的电液控制原理,设计了反推力装置半物理仿真平台基本组成,最后分析了该平台的关键技术.

摘要： 工作在L波段的星载全极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)回波散射矩阵会携带有明显的法拉第旋转角(Faraday Rotation,FR)信息.因此,结合星载SAR系统的高分辨率特性,可从回波中反演公里级分辨率的FR角信息.由于得到的FR角信息反应的仍然是电离层水平特性,因此,为了更加全面地了解电离层特性,本文做了进一步研究:把反演的FR角作为输入量,提出一种适用于星载全极化SAR的电离层层析成像(computerized ionospheric tomography,CIT)技术,并利用一组校正后的PALSAR(Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar)全极化数据、IRI(International Reference Ionosphere)电离层模型以及IGRF(Intemational Geomagnetic Reference Field)地磁场模型,进行半物理仿真,重建了路径上的电子密度空间分布.结果显示相比于传统的GPS层析技术,基于星载全极化SAR的层析技术能够明显提高空间电子密度重建分辨率,这无论对于电离层探测还是系统误差补偿均是有益的.此外,由于SAR信号为双程传播,无需地面设置接收站,因此在对地观测的同时可进行电离层探测,节约了成本.

摘要： 针对数控系统研制过程中设计控制规律和半物理仿真试验的需求,探讨了一种利用已有整机试车数据建立发动机起动实时模型的方法.经与整机试车数据进行对比,该方法建立的起动模型精度较高,能准确反映发动机起动过程中的特性,为制定发动机的起动供油规律和半物理仿真试验奠定了良好的基础.

摘要： 针对航空发动机半物理仿真(HTL)输入输出回路较多、实时模型计算量大的问题,研究了基于PXI总线的HIL设计方法.通过机理法建立X型发动机动态非线性数学模型;以系统的输入输出信号为依据组态系统的硬件设备,保证了快速开发和可延续使用;结合实时仿真平台LabVIEW RT完成了模块的性能仿真验证.仿真结果表明,所建立的HIL设计合理,能够满足实时性与精度性要求.

摘要： 本申请公开了一种半物理卫星仿真系统及仿真方法，该系统包括：1553仿真设备以及卫星仿真计算机，其中，1553仿真设备，用于将卫星仿真计算机发送的请求指令通过1553B总线发送给外接卫星单机，以及通过1553B总线接收外接卫星单机发送的遥测数据，并将遥测数据发送给卫星仿真计算机；卫星仿真计算机，用于接收遥测数据，根据遥测数据生成整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收地面系统发送的遥控指令，并根据遥控指令调整运行信息，其中，运行信息包括工作状态、任务或配置参数。本申请解决了现有技术中卫星仿真系统的适用性较差的技术问题。

摘要： 本发明公开了用于多模态智慧网络的半物理半虚拟网络仿真平台及方法，由网络控制器、虚拟网络节点仿真系统以及多个物理交换机节点组成。按照多模态网络业务需求，合理配置虚拟网络环境与真实物理仿真环境，通过将物理物理服务器网卡绑定到虚拟交换机上的方法，打破虚拟网络环境的边界，实现了与外界物理网络环境的互联。本发明使用物理交换机节点与虚拟交换机节点的网络组合，实现了网络资源的灵活、公平且可控的分配，降低了硬件成本的同时，也提高了配置的灵活性。

摘要： 本发明公开一种变电站信息物理融合半实物仿真系统和仿真方法，包括一次设备行为数字仿真系统和二次控制保护系统，所述一次设备行为数字仿真系统包括数字仿真模块、实时故障分析模块、仿真计算模块和数据处理模块，所述二次控制保护系统包括智能终端模块、合并控制模块和采集反馈模块；本发明解决了智能变电站在不同的运行方式下一次设备运行行为的过程数据仿真、状态驱动仿真及状态数据仿真的问题，结合真实的变电站二次保护设备和自动化设备，构成变电站信息物理融合半实物仿真系统，同时避免纯物理仿真的局限性和纯数字仿真实验的理想化的问题。

摘要： 本申请公开了一种半物理卫星仿真系统及仿真方法，该系统包括：1553仿真设备以及卫星仿真计算机，其中，1553仿真设备，用于将卫星仿真计算机发送的请求指令通过1553B总线发送给外接卫星单机，以及通过1553B总线接收外接卫星单机发送的遥测数据，并将遥测数据发送给卫星仿真计算机；卫星仿真计算机，用于接收遥测数据，根据遥测数据生成整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收地面系统发送的遥控指令，并根据遥控指令调整运行信息，其中，运行信息包括工作状态、任务或配置参数。本申请解决了现有技术中卫星仿真系统的适用性较差的技术问题。

摘要： 本发明涉及基于模块化设计的临近空间浮空器半物理仿真系统，其中，该系统包括机载计算机、仿真计算机、执行机构、采集系统、链路系统、地面测控站、调试分线盒。另外，本发明还涉及一种临近空间浮空器航电系统测试与飞控半物理仿真方法和一种临近空间浮空器地面操纵方法。本发明实现了(1)临近空间浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平台的重复利用；(3)航电系统的地面验证试验；(4)地面飞行操纵，进而解决现有技术中存在的临近空间浮空器半物理仿真实时性和同步性、有效提高了临近空间浮空器的仿真效果。

摘要： 一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法，涉及无人机飞行控制系统测试技术领域，解决现有无人机仿真系统存在不能真实有效的反映惯性导航在飞行控制系统中的实际作用；无法有效的反映出执行器动态性能；无法对仿真试验结果的定量分析及在线调整参数等问题，包括仿真上位机、实时仿真机、三轴仿真转台上位机、三轴仿真转台、舵角采集单元和仿真视景单元，实时仿真机包括PXI控制器和通信、数据采集功能模块，PXI控制器包括PharLap实时操作系统、无人机飞行动力学模型和CustomDevice驱动器；本发明利用三轴仿真转台对无人机飞行动力学模型仿真过程的姿态角进行模拟，在地面环境下提供无人机姿态变化测试环境，对惯性导航系统实物硬件在环测试，提高仿真的逼真度。

摘要： 本发明公开了一种清筛车半物理仿真试验台及其仿真方法，包括三维实时显示计算机、实时仿真计算机、仿真管理计算机和硬件平台，所述的硬件平台包括控制器，控制器通过数据采集卡与实时仿真计算机连接。本系统在传统的半物理仿真系统的基础上，添加可视三维模型，交互界面友好，实时接收数据，且根据实时改变的清筛机运动参数，提供高真实度的仿真展示，在大型养路机械中具有广阔的应用前景。本系统面向大型铁路设备高速走行系统，模块化程度高、实时性强、可视化程度高，利于混合编程和模块化组建，有效降低开发成本和运行成本，易于扩展，具有重要的工程实用价值。

摘要： 本发明涉及基于模块化设计的临近空间浮空器半物理仿真系统，其中，该系统包括机载计算机、仿真计算机、执行机构、采集系统、链路系统、地面测控站、调试分线盒。另外，本发明还涉及一种临近空间浮空器航电系统测试与飞控半物理仿真方法和一种临近空间浮空器地面操纵方法。本发明实现了(1)临近空间浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平台的重复利用；(3)航电系统的地面验证试验；(4)地面飞行操纵，进而解决现有技术中存在的临近空间浮空器半物理仿真实时性和同步性、有效提高了临近空间浮空器的仿真效果。

摘要： 本发明属于卫星星座设计与仿真技术领域，具体公开了一种星座半物理仿真系统及仿真方法，该系统包括用于完成星座构型、星间链路及地面覆盖仿真的星座数字仿真模块，与星座数字仿真模块的轨道信息输出端连接的卫星姿轨动力学模拟器、供配电模拟器、热控模拟器、可星载卫星电控设备和卫星测控模拟器，供配电模拟器的输入端与星座数字仿真模块的光照条件信息输出端连接，热控模拟器的输入端与星座数字仿真模块的轨道太阳角信息输出端连接，可星载卫星电控设备接收卫星敏感器信息、卫星供电信息和卫星设备温度信息。采用本技术方案，利用半物理仿真系统结合卫星真实单机与模拟设备产生物理信号，与星座数字仿真模块进行信息交互，提高仿真置信度。

摘要： 一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法，涉及无人机飞行控制系统测试技术领域，解决现有无人机仿真系统存在不能真实有效的反映惯性导航在飞行控制系统中的实际作用；无法有效的反映出执行器动态性能；无法对仿真试验结果的定量分析及在线调整参数等问题，包括仿真上位机、实时仿真机、三轴仿真转台上位机、三轴仿真转台、舵角采集单元和仿真视景单元，实时仿真机包括PXI控制器和通信、数据采集功能模块，PXI控制器包括PharLap实时操作系统、无人机飞行动力学模型和CustomDevice驱动器；本发明利用三轴仿真转台对无人机飞行动力学模型仿真过程的姿态角进行模拟，在地面环境下提供无人机姿态变化测试环境，对惯性导航系统实物硬件在环测试，提高仿真的逼真度。