專利名稱：基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬/仿真技術(shù)，具體是基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法。
背景技術(shù)：
長期以來，鐵路工程機(jī)械操作人員的培訓(xùn)是通過書本學(xué)習(xí)和在演練線上實作的方式進(jìn)行，這種培訓(xùn)方式存在訓(xùn)練環(huán)境單一，實踐時間不足，開銷巨大等問題。為了克服通過書本學(xué)習(xí)和在演練線上實作所存在的缺陷，現(xiàn)今普遍采用虛擬工程機(jī)械仿真系統(tǒng)培訓(xùn)操縱人員。虛擬工程機(jī)械仿真系統(tǒng)的應(yīng)用需要采用到模擬的工程機(jī)械控制邏輯，現(xiàn)今模擬控制邏輯的具體過程為第一步，理解工程機(jī)械的電路、液壓圖的邏輯原理，將原理圖離散并轉(zhuǎn)換成與或邏輯；第二步，按照電路、液壓圖的邏輯原理分成輸入層、中間邏輯表達(dá)式層、輸出層，然后按照一定的規(guī)則寫入Excel表中；第三步，編寫邏輯文件加載模塊、邏輯文件解釋模塊及對外接口模塊；第四步，仿真系統(tǒng)運行過程中首先通過邏輯文件加載模塊加載Excel文件，然后利用邏輯解釋模塊對邏輯文件的內(nèi)容進(jìn)行解釋、計算，最后通過對外接口模塊接受輸入，并將計算結(jié)果對外輸出。采用現(xiàn)有方法模擬控制邏輯主要存在以下缺陷一、在建立Excel表的過程中，將電路、液壓圖原來的器件轉(zhuǎn)化為一些邏輯表達(dá)式，在Excel表中不存在元器件，因此在元器件故障的設(shè)置時，變得非常復(fù)雜，需要理清表達(dá)式的在表中的邏輯關(guān)系；二、在Excel表中，添加新的電路或液壓功能時，首先需要理解整個Excel表的邏輯，并需要一層一層的添加，如果添加過程中出錯很難及時找出錯誤，添加過程繁瑣；三、利用Excel表，調(diào)試不方便，如果Excel表中間某一層的某一個表達(dá)式出錯，需要查找所有與這個表達(dá)式的有關(guān)的表達(dá)式，才能找出錯誤。因此，采用現(xiàn)有的實現(xiàn)方案存在建模不直觀、建模繁瑣耗時、模型模塊化程度不高、模型可擴(kuò)張性不足等缺點，嚴(yán)重的制約了工程機(jī)械仿真系統(tǒng)的運行性能和適用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，采用本發(fā)明對工程機(jī)械進(jìn)行建模時具有建模簡潔速度快和故障設(shè)置方便的優(yōu)點，且能保證所建模型的模塊集成化高。本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，包括以下步驟
步驟1、在AMESim軟件中根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖創(chuàng)建自定義元件；
步驟2、根據(jù)創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；
步驟3、將步驟2中建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型加載進(jìn)仿真系統(tǒng)中，并根據(jù)傳入的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真。本發(fā)明通過AMESim軟件建立與圖紙一一對應(yīng)的模型，AMESim提供了豐富的元件庫、調(diào)試運行優(yōu)化工具，大大增強(qiáng)了模型的直觀性、模塊性、簡潔性。其中，本發(fā)明創(chuàng)建自定義元件是利用AMESim中的AMESet進(jìn)行二次開發(fā)。本發(fā)明在具體應(yīng)用時，若工程機(jī)械控制邏輯還存在除電路圖和液壓圖外的其它技術(shù)文檔，也可按本發(fā)明的步驟進(jìn)行相應(yīng)的編碼。所述步驟I中創(chuàng)建自定義元件具體包括以下步驟
步驟1.1、根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖中元器件功能及其通用圖形化表示符號確定每個元件的對外接口和繪制自定義元件的圖形符號外觀；
步驟1. 2、根據(jù)元器件的功能和原理，將元器件轉(zhuǎn)換成一定的邏輯表達(dá)式或數(shù)學(xué)模型，并確定其數(shù)學(xué)模型涉及到輸入輸出變量和內(nèi)部參數(shù)；
步驟1. 3、根據(jù)步驟1. 2中獲得的元器件邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)模型，編碼并進(jìn)行邏輯仿真。本發(fā)明對元器件邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編碼的具體過程為利用計算機(jī)編碼技術(shù)，將元器件邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的代碼。本發(fā)明通過自定義元器件的開發(fā)，可以解決原有方法實時性不高、模型搭建復(fù)雜、元器件故障設(shè)置難度大等技術(shù)問題，使得所建模型可以從最基本的元件開始搭建，并且元件的外觀與功能與具體圖紙中的元器件相同。另外，整體模型的布局也與圖紙的布局保持一致，這樣所建的系統(tǒng)模型在進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試與具體元件故障設(shè)置時將十分方便。所述步驟2中建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型具體包括以下步驟
步驟2.1、利用創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；
步驟2. 2、將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各元件和相應(yīng)的子模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；步驟2. 3、設(shè)置電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各個元件的子模型參數(shù)，并利用AMESim軟件對系統(tǒng)模型進(jìn)行編譯產(chǎn)生可執(zhí)行文件。所述步驟3還包括創(chuàng)建調(diào)用AMESim軟件提供的API的函數(shù)，并利用創(chuàng)建的函數(shù)來獲取電路圖或液壓圖系統(tǒng)模型的仿真結(jié)果和設(shè)置輸入數(shù)據(jù)。所述仿真系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)
視景系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)仿真車輛的外觀、物理行為及所處的環(huán)境；
接口系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)實現(xiàn)車輛的操作界面；
主控制系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真計算，然后將結(jié)果發(fā)送給接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)；
教員系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理和學(xué)員培訓(xùn)管理。本發(fā)明應(yīng)用時，仿真結(jié)果在接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)中實時顯不。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明通過自定義元器件的自主開發(fā)，簡化了系統(tǒng)模型的搭建，提高了系統(tǒng)仿真的實時性，降低了系統(tǒng)模型的調(diào)試難度。(2)本發(fā)明通過自定義元件，便于建立與圖紙中元件功能與外觀都相似的模型，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)模型的直觀性、模塊性、簡潔性、可重用性。(3)本發(fā)明通過自定義元件，十分方便在模擬的元器件中設(shè)置故障，所建模型更加實用、全面，為復(fù)雜工程機(jī)械控制系統(tǒng)模型的建立，以及系統(tǒng)在正?；蚬收夏Ｊ较碌倪\行情況模擬打下了堅實的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明實施例的運行流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例
如圖1所示，本發(fā)明主要由加載設(shè)置AMESim軟件生成的電路、液氣壓模型文件，以及對外接口模塊組成。電路、液氣壓模型主要用于模擬具體的電路、液氣壓圖，模型與實際的圖紙對應(yīng)，分為η個模塊,每個模塊包含輸入輸出變量、模擬兀器件的狀態(tài)、模擬兀器件的故障狀態(tài)?；趫D形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，包括以下步驟在AMESim軟件中根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖創(chuàng)建自定義元件；根據(jù)創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型加載進(jìn)仿真系統(tǒng)中，并根據(jù)傳入的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真。在AMESim軟件中根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖創(chuàng)建自定義元件具體包括以下步驟根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖中元器件功能及其通用圖形化表示符號確定每個元件的對外接口和繪制自定義元件的圖形符號外觀；根據(jù)元器件的功能和原理，將元器件轉(zhuǎn)換成一定的邏輯表達(dá)式或數(shù)學(xué)模型，并確定其數(shù)學(xué)模型涉及到輸入輸出變量和內(nèi)部參數(shù)；根據(jù)獲得的元器件邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)模型，編碼并進(jìn)行邏輯仿真。根據(jù)創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型具體包括以下步驟利用創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各元件和相應(yīng)的子模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；設(shè)置電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各個元件的子模型參數(shù)，并利用AMESim軟件對系統(tǒng)模型進(jìn)行編譯產(chǎn)生可執(zhí)行文件。將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型加載進(jìn)仿真系統(tǒng)中需使用到模型加載設(shè)置模塊，而根據(jù)傳入的操作 數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真時需接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，還需將仿真結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出，這時需用到對外接口模塊。本實施例的模型加載設(shè)置模塊的對外接口模塊均優(yōu)選采用C#編程語言，在Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下搭建，搭建模型加載設(shè)置模塊的具體過程為將AMESim在運行模式下產(chǎn)生的所有文件存放在一個指定目錄下，在程序中將這個指定目錄設(shè)置為系統(tǒng)模型的工作目錄；在程序中，編寫加載系統(tǒng)模型文件與設(shè)置系統(tǒng)模型運行參數(shù)模塊代碼。搭建對外接口模塊的具體過程為加載系統(tǒng)庫文件，并創(chuàng)建調(diào)用AMESim軟件提供的API的函數(shù)；利用所創(chuàng)建的函數(shù)來獲取模型的仿真結(jié)果與設(shè)置輸入數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)程序可以與其他系統(tǒng)程序相連。本實施例的仿真系統(tǒng)包括視景系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、主控系統(tǒng)及教員系統(tǒng)，其中，視景系統(tǒng)用于負(fù)責(zé)仿真車輛的外觀、物理行為及所處的環(huán)境，接口系統(tǒng)用于負(fù)責(zé)實現(xiàn)車輛的操作界面，主控制系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真計算，然后將結(jié)果發(fā)送給接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)，教員系統(tǒng)用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理和學(xué)員培訓(xùn)管理。主控系統(tǒng)中存放了車輛的電路液壓模型，根據(jù)接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真計算，然后將結(jié)果發(fā)送給接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)。本實施例運行時通過AMESim軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以無障礙的與系統(tǒng)模型仿真進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通過對外接口模塊接受網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的輸入改變的數(shù)據(jù)；然后，將數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)模型仿真的輸入，模型加載設(shè)置模塊加載系統(tǒng)模型運行，系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真計算得到仿真結(jié)果；最后通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至接口系統(tǒng)與視景系統(tǒng)，在接口系統(tǒng)與視景系統(tǒng)中實時的顯示，進(jìn)而獲取到模型解算結(jié)果。如上所述，則能很好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、在AMESim軟件中根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖創(chuàng)建自定義元件；步驟2、根據(jù)創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；步驟3、將步驟2中建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型加載進(jìn)仿真系統(tǒng)中，并根據(jù)傳入的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，其特征在于，所述步驟I中創(chuàng)建自定義元件具體包括以下步驟步驟1.1、根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖中元器件功能及其通用圖形化表示符號確定每個元件的對外接口和繪制自定義元件的圖形符號外觀；步驟1. 2、根據(jù)元器件的功能和原理，將元器件轉(zhuǎn)換成一定的邏輯表達(dá)式或數(shù)學(xué)模型， 并確定其數(shù)學(xué)模型涉及到輸入輸出變量和內(nèi)部參數(shù)；步驟1. 3、根據(jù)步驟1. 2中獲得的元器件邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)模型，編碼并進(jìn)行邏輯仿真。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，其特征在于，所述步驟2中建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型具體包括以下步驟步驟2.1、利用創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；步驟2. 2、將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各元件和相應(yīng)的子模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)； 步驟2. 3、設(shè)置電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型中各個元件的子模型參數(shù)，并利用AMESim 軟件對系統(tǒng)模型進(jìn)行編譯產(chǎn)生可執(zhí)行文件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，其特征在于，所述步驟3還包括創(chuàng)建調(diào)用AMESim軟件提供的API的函數(shù)，并利用創(chuàng)建的函數(shù)來獲取電路圖或液壓圖系統(tǒng)模型的仿真結(jié)果和設(shè)置輸入數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，其特征在于，所述仿真系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)視景系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)仿真車輛的外觀、物理行為及所處的環(huán)境；接口系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)實現(xiàn)車輛的操作界面；主控制系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真計算，然后將結(jié)果發(fā)送給接口系統(tǒng)和視景系統(tǒng)；教員系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理和學(xué)員培訓(xùn)管理。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于圖形化的工程機(jī)械控制邏輯實時仿真建模方法，包括以下步驟在AMESim軟件中根據(jù)工程機(jī)械的電路圖或液壓圖創(chuàng)建自定義元件；根據(jù)創(chuàng)建的自定義元件建立電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型；將建立的電路圖或液壓圖的系統(tǒng)模型加載進(jìn)仿真系統(tǒng)中，并根據(jù)傳入的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真。本發(fā)明利用AMESim軟件，搭建一種圖形化物理建模平臺，使得用戶從繁瑣的數(shù)學(xué)模型中解放出來，更好的專注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計。本發(fā)明設(shè)計的模型與實際電路、液壓圖紙保持一致，具有建模簡潔，速度快、元器件故障設(shè)置簡單、運行調(diào)試方便、實時性好等特點。
文檔編號G06F17/50GK103049615SQ20121057852
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者何鴻云, 朱金陵, 徐建君 申請人:成都運達(dá)科技股份有限公司