仿真系统研究

仿真系统研究（精选12篇）

仿真系统研究 篇1

0 引言

防空导弹武器系统一个复杂的整体系统, 它是由多个子系统组合而来的。怎样反映在对抗条件下的防空导弹武器系统作战能力, 是现代导弹工程师要密切关注的问题。有关武器系统的功能, 我们使用最多的是ADC模型, 因为它认为效能是系统可用性、可信性和固有能力的函数。在实践中, 我们根据防空导弹所要负责的任务具体情况, 应将效能解释为:整个系统在设定的条件下, 按照规定的运行方式, 可以成功截获目标的概率情况。这个概率就是防空导弹的整体性能, 也是系统在整个作战过程中的可靠性和对目标损伤能力的函数。

1 仿真技术的应用及其特点

1.1 仿真技术的应用

系统仿真技术是指利用有效的模型对真实或设想的系统开展动态的动态研究和模拟实验。利用模型进行仿真实验, 它主要是以相似原理和信息技术为基础, 实现技术性、安全性与经济性相统一的研究方案。同时, 模型仿真实验不受外界环境的影响, 还能多次重复利用。它一般包括常规仿真与合成 (综合) 仿真技术。常规仿真技术主要有连续系统仿真技术和离散系统仿真技术。离散系统仿真技术 (如攻防对抗仿真系统) 通常都是动态仿真研究。它的状态变量 (如来袭目标被击毁数) 只是在随机的时间点上发生变化, 但在两个相邻点之间, 系统的整体状态是没有变化的。

离散系统的核心是随机事件的发生, 由于仿真时间的推进, 会引起未来的离散事件发生, 导致系统出现变化。例如, 导弹制导系统探测器发现的一个未来袭击目标是一个随机离散事件。它发现目标受探测器的发现概率、目标的雷达散射截面积、目标施放干扰以及战场气候条件等影响。因此, 其发现的时间和是否发现都存在不确定因素。探测器发现目标这一事件的出现, 会直接促使探测中心发出威胁消灭指令、威胁排序、火力分配、对来袭目标射击等一系列事件的发生, 最后也会导致系统发生变化。

1.2 防空导弹武器系统仿真

防空导弹武器系统仿真是系统仿真技术在防空导弹武器领域内较好的应用, 它与一般的仿真系统一样。防空导弹武器系统仿真也是根据数学模型建立起来的。建立系统仿真模型, 进行系统仿真试验, 这是实现仿真系统应用的3个基本步骤。

我们在理论中可以认识到, 地面试验和飞行试验, 验证系统数学模型, 验证和确认系统仿真模型, 在试验室条件下, 以较低的代价, 较高的置信度进行系统仿真试验, 可以让系统在各个环境下获得较精确的数据, 实现系统性能设计, 对提高生产质量和高效性能, 已经经济效益方面, 都有较大的益处。

2 系统仿真的技术关键

首先是面向对象技术, 它是根据系统和客户使用等客观方面来组织系统的。它在仿真建模中的重要性就是给系统分析和运行提供一个较好的工作平台。每个层次和系统之间通过标准接口相连接, 再通过分层系统获得更多的信息, 使用户在异构分布处理的环境下还能保持原有的操作, 保证系统按程序执行任务。它解决了信息的分布性和物理设备的异构性, 提供与支持多媒体信息的高速传输介质相适配的通信环境以及在实现开放分布环境时, 提供友好的、具有一致性的用户界面和服务系统。

这种技术在防控导弹仿真系统中是应该被积极推广的, 已经被公认为是未来的发展的主要方向。

面向对象技术的上述功能用传统的缩程方法是很难实现。因为它的总体设计是根据继承性和函数覆盖的增加而得来的, 以此来实现系统的扩散。防空导弹武器系统在系统仿真中, 可能有10余种事件通过改变雷达和导弹的状态来改变系统状态。其中导弹类, 及时利用面向对象技术定义导弹的整体性能和综合运行的。由这个类定义就可以衍生出不同的导弹系统, 实现这种扩展, 不仅需要不同的初始参量, 要用新的函数去替换类定义中的函数。与其他缩程方法相比, 面向对象技术的优点就是程序的设计集中在对象上面。

系统的功能以及要完成的工作被分配到各个对象中, 每个对象都有一定的独立认知性。对象定义完毕, 基本的设计工作就完成了, 导弹设计人员只需要对各个对象的联系进行调度就行了, 其余的就根据实际情况进行设定。面向对象的仿真体系强调的是对象, 而不是系统的过程。

对象提供了数据抽象和隐藏技术, 将开发和实现的细节隐藏和封闭起来, 有利于设计人员抓住最关键的部分, 并定义相应的行为和相互关系。再通过对对象内部系统的分析, 使作为系统基础组成部分的对象最终得到系统的自然分解。

参考文献

[1]徐培德, 谭东风.武器系统分析[M].长沙:国防科技大学出版社, 2001.

[2]李廷杰.导弹武器系统的效能分析[M].北京:国防工业出版社, 2000.

[3]李明, 刘澎.武器装备发展系统论证方法与应用[M].北京:国防工业出版社, 2000.

[4]张剑, 陈太一.军事装备系统的效能分析、优化与仿真[M].北京:国防工业出版社, 2000.

仿真系统研究 篇2

天文导航系统半物理仿真研究

由于航天实验费用大,为测试星敏感器性能和星图识别算法,需在地面构建天文导航半物理仿真试验平台.从检验星敏感器性能、加快其样机研制周期、降低成本、提高效率的目的出发,设计构建了一个实用性强的天文导航半物理仿真系统;着重介绍了此系统的`组成、结构和各模块的功能;叙述了系统的实现方法和相关性能指标.它具有一定的灵活性和可扩展性.最后利用所构建的半物理仿真系统,对星图识别算法和星敏感器性能进行了静态和动态的试验.试验结果显示该系统满足和达到了规定的性能指标.

作 者：全伟 房建成 QUAN Wei FANG Jian-cheng 作者单位：北京航空航天大学,仪器与光电工程学院,北京,100083刊 名：系统仿真学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION年，卷(期)：200618(2)分类号：V448.2 TP273关键词：星敏感器 星图识别 天文导航 半物理仿真

仿真系统研究 篇3

摘 要：数控加工仿真和优化软件，基本取代了传统的切削试验方式，通过模拟仿真整个机床加工过程、校验加工程序的正确性，对发现程序错误和改进加工工艺有很大帮助。提高加工仿真软件的应用技术水平将对我国数控加工质量和效率的提高有很大帮助。本文重点就数控加工仿真系统的发展趋势行进了研究和探讨。

关键词：数控加工；仿真系统；发展趋势

数控仿真提供了一种快速验证数控程序的方法，目前世界各国的数控技术都正向提高模型的精确度、仿真计算实时化，以及改善图形显示的真实感的方向发展。几何仿真和物理仿真相结合将获得更精确的模型，是日前国内急需解决的课题。物理仿真与几何仿真的集成是未来数控加工发展的必然趋势。通过物理仿真与几何仿真的集成，在进行数控加工过程几何仿真的同时，显示和预测加工过程中物理量的变化，对于工艺人员和生产者更好地了解、指导和控制加工过程将有着非常重要的意义。

1.数控加工仿真软件的种类分析

数控加工仿真软件是在计算机上构建部分或全部加工环境，模拟仿真加工工艺过程，实现可视化数控程序运行、验证、分析、优化的过程。仿真软件是目前应用最广泛且效果最好的，且实现商品化。它利用计算机技术对加工过程进行动态模拟仿真，模拟数控机床各坐标轴的运动、刀具运动轨迹和刀具对毛坯的切削过程，最终得到仿真加工完成后零件的三维实体模型。几何仿真不仅能够校验数控程序的正确性和切削参数的合理性、评估数控切削加效果、验证后置处理程序，而且还可以发现刀具与工件、夹具、机床之间的干涉和碰撞，判断工艺的合理性，实现在虚拟加工环境下评估数控加工程序和工艺过程的目的，同时也能观察到加工过程中的冗余动作或不合理动作，有助于优化数控程序、节省程序调试时间、减少毛坯材料，缩短机床加工时间，对降低加工成本、提高数控加工效率有很大的帮助。对切削过程中的振动、切削力、刀具磨损、切屑形成、工件变形、切削温度、材料性能等方面的仿真属于物理仿真，通常采用有限元分析技术。国内开发的一些加工仿真软件，具有真实感的三维数控机床和操作面板，可以实现对数控铣和数控车加工全过程的仿真，其中包括毛坯定义与夹具，刀具定义与选用，零件基准测量和没置，数控程序输入、编辑和调试，加工仿真以及各种错误的检测功能，用于产品演示、培训，可用“虚拟设备”来增加员工的操作熟练程度。

2.数控加工仿真系统存在的问题

机械加工种类繁多，存在着车、铣、刨、钳、磨、镗等多种加工形式且加工机理复杂，不同的切削方式和刀具形状，其切削机理及建模方法有较大的差别，因此现阶段仿真的内容和方法均局限在很窄的范围内，主要集中于车、铣两种。即使在这两种加工方法上，仿真的内容也很有限。国内外一些优秀的仿真软件均利用扩展Z缓冲区的Dexel法克服复杂的布尔集合运算，没有任何实体空间描述，因而图形生成质量较差。同时为了保证图形生成速度的实时性，其图形显示生成算法大多没有建立光照模型或只模拟最简单的平行光，致使图形生成方式为区域填充或渐变色，不符合光学原理；仿真场景中三维实体的视屏投影常采用平行投影，不符合透视学原理，使得仿真环境不能表现粗、精加工时主轴转速的变化及工件表面纹理形态，生成与实际形态不一致的切削模型。加工过程常常涉及较多的干扰因素，因此在建模的过程中如何处理这些干扰因素，使得所建模型一方面能够正确反映实际的加工情况，另一方面又能反映干扰因素的变化对加工精度的影响成为物理仿真建模的关键。同时，建模过程中，涉及大量参数和数据，这些都加大建模的难度；目前的物理仿真系统大多数是针对某一特定的加工方式或某一特定的因素而建立的，机床类型、加工方式、刀具种类、切削参数及工件材料都事先做好规定，当某一参数发生变化时，模型往往需要进行很大的修改或重新建模，这就使得模型的应用范围受到限制，模型的通用性较差；在建立物理仿真系统过程中通常引入大量的假设，如设定工艺系统刚性满足要求，工件材料均匀分布，切削参数不发生变化等。这些假设削弱了仿真系统与实际的拟合程度，不符合实际加工情况。从而导致仿真结果与实际情况不相符，严重时仿真结果失真。

3.数控加工仿真系统的发展趋势

由于数控仿真中需要进行大量的三维实体布尔运算，属于计算密集型算法，单台计算机没有如此高的能力，要想基于实体造型的仿真达到实用要求，人们需要采用新兴的网格技术，使数控加工仿真系统具有高性能的计算特性。在对物理仿真的过程中。由于加工过程的复杂性和加工形式的多样性。并没有过于完善的研究，商用软件中的仿真也并没有专门的模块，只是有限元的运用。物理仿真的研究相对于工程实际的需要还远远不够；对物理仿真的研究还有很大的空间。未来，物理仿真的研究重点应集中于以下几个方面。能够控制不同的仿真软件运行的仿真控制平台的开发，目前物理仿真使用的软件在一定程度上都能较好地反应加工过程中的某些物理因素及其变化情况。但若要全面仿真加工过程，单纯依靠一、两种软件还远远不够，必须充分利用现有的物理仿真软件。构建一个仿真平台来全面控制这些仿真软件的运行，全面仿真数控加工过程，这是物理仿真研究进一步发展必须要解决的问题。仿真建模理论和生产实际需要相结合目前很多研究者都建立了切削加工物理仿真的理论模型，但有些模型和生产实际的需要还有一定的差距，将理论模型和生产实际结合是未来仿真研究的发展方向。全面反映加工精度的质量仿真模型和全面反映加工过程的仿真预测模刑将是下一步研究的重点内容。

4.结束语

虚拟制造技术是世界制造业的梦想，是二十一世纪制造业发展的方向，是制造业信息化的重要组成部分。数控加工仿真系统是实现虚拟制造的关键，由于数控加工仿真系统出现的时间较短，至今仍存在着若干问题亟待解决，随着研究的不断深入，数控加工仿真系统将会朝着面向多种加工方式和更加符合实际工况的方向发展。

参考文献：

[1]李充宁数控加工仿真技术发展分析[J].中国新技术新产品， 2014

排队系统的建模仿真研究 篇4

1．1基本概念

排队是生活中经常出现的现象。如到银行办理业务，银行出纳员逐个接待顾客，当顾客较多时就会出现排队等待。在队列中等待服务的顾客和服务台就构成了一个排队系统。物流系统中也不乏排队系统的例子，如等待装运的物料与运输车辆之间、等待包装的商品与包装设备之间、等待入库的成品与堆垛机之间等。

排队系统的本质是研究服务台与客户之间的效率问题。服务台与客户之间存在相互依存又相互矛盾的关系。对排队系统的研究在日常社会中具有极其普遍的指导意义。排队系统的概念现已经被广泛应用于各种不同的领域。

1．2排队系统的主要特征

顾客到达模式、服务模式、服务流程和排队规则是排队系统的四个主要特征。顾客到达模式主要是指顾客到达的时间间隔，通常到达的时间间隔是一个随机变量。服务模式是指服务台为顾客服务时间，一般也是一个随机变量。服务流程是指顾客在系统中接受服务的过程，需要的服务台，经过的顺序。

排队规则是系统规定的各个顾客接受服务需要遵循的排队的顺序规定。排队规则一般有先入先出，后入先出和按优先级排队等。为了加快物料的流动，减少由于物品积压所造成的浪费和资金呆滞，先入先出是物流系统中最提倡的方式。

1．3排队系统常用的输出参数

T———系统仿真运行时间;n———实体数量;D———等待时间;S———接受服务时间。

2 排队系统仿真的基本步骤

2．1确定仿真目标

对一个系统的仿真目的可以各不相同，针对所关心的问题不同，建立的系统模型、设定的输入变量、输出变量等各不相同。因此在进行系统仿真时，首先确定仿真的目标，也就是仿真要解决的问题，这是系统调研和建模的依据。

2．2系统调研

系统结构调研的目的是为了深入了解系统的总体流程、各种建模参数，以便建立系统模型。系统调研是了解系统运行状况和采集系统数据资料的过程。系统调研所期望获取的资料一般有以下几类：

(1)系统结构参数：系统结构参数是描述系统结构的物理或几何的参数。

(2)系统工艺参数：系统工艺参数是系统运行的工艺流程，各流程之间的相互逻辑关系。

(3)系统动态参数：系统动态参数是描述系统在运行过程中动态变化的一些参数。

(4)系统逻辑参数：系统逻辑参数描述了系统运行过程中各种流程和作业之间的逻辑关系。

(5)系统状态变量：系统状态变量是描述状态变化的变量。

(6)系统输入、输出变量：系统仿真的输入变量分别为确定性变量和随机变量。如果是随机变量则需要确定其分布和特征值。输出变量是根据仿真目标设定的，仿真目标不同，输出变量也不同。

(7)事件表：事件表列举了系统运行过程所发生的各种事件的类型与描述、事件发生的时间及其相关属性。

2．3建立系统模型

系统模型由模型和模型参数两部分组成。由于系统仿真的专业性特点，仿真模型和运行模型的工作一般由专业的仿真人员来做。但是对系统的分析常常需要仿真需求方的密切配合。为了使仿真需求方了解仿真的一般过程，以配合仿真前期的调研工作，可以将上述调研所需获取的数据和参数整理并列表，由仿真需求方进行针对性的填写，以保证资料的完整性和准确性。

系统模型的形式可以是多样的，有文字叙述型、流程图型、图标型、数学表达式型。排队系统仿真模型最常用的是建立系统的流程图模型。流程图模型中应包含有：临时实体到达模型、永久实体服务模型和排队规则。

2．4确定仿真算法

仿真算法是控制仿真钟推进的方法，是系统仿真的核心。目前最为常用的有事件调度法、活动扫描法和进程交互法三种。

2．5建立仿真模型

仿真模型是将系统模型规范化和数字化的过程，同时也需要根据计算机的特点增加一些必要的部件。仿真模型主要部件有初始化模块、输入模块、仿真钟、随机数发生器、状态统计计数器、事件表、事件处理子程序和输出模块等。

2．6模型验证与模型确认

模型的验证主要检验所建立的仿真模型(包括系统组成的假设、系统结构、参数及其取值、对系统的简化和抽象)是否被准确的描述成可执行的模型。模型的确认则是考察所建立的模型是否能够代表所要研究的实际系统。

2．7运行仿真模型

运行仿真模型时需要确定终止仿真的时间。一般有两种终止方法，一是确定一个仿真时间长度，另一种方式是确定仿真事件的数量。选择哪种方式可依仿真系统的具体情况定。

2．8仿真结果分析

关于仿真结果可以有两种角度的分析：一种是从系统优化的角度考虑问题，即对照仿真目标考察仿真结果是否满意，如果满意，表明系统的参数无需再做修改;另一种分析是仿真结果是否可信，也就是说仿真结果以多大的可信度和精度能够反映我们所研究的真实系统。

2．9仿真结果输出

目前成熟的仿真软件一般都可以提供多种仿真结果输出形式，如表格输出、直方图、饼图、曲线图等图形以及数据文件等输出。

2．10单服务台排队系统仿真

这里以一个简单单服务台排队系统的仿真为例，讨论建模和分析方法及其过程。

3 仿真过程

3．1问题描述

在一个每天8小时工作制的制造内部物流系统中，在小部分货物货运与装配区之间使用一种电子高架索道来运输。在装配区域，先处理完的小部分被测试，后放到装配区域，就会产生一个结果，该结果被采纳，这个事件(测试+货物存放)符合平均值为20秒的指数分布，同样电子高架索道车的到达时间间隔也符合指数分布，到达情况为2.5辆/分，对于上述系统运行30天，分析在装配区域阻塞平均有几个高架索道车。

3．2建立仿真模型

建立仿真模型是要把上述的排队系统中高架索道车不断到达、等待、被测试和存放货物离开的过程，用一系列的离散事件表示出来，并按照已知的某种概率分布，来展示整个系统的动态的演变过程。

这里采用AutoMod来实现上述单服务台排队系统的仿真建模。首先打开AutoMod建模主界面，为该模型建立一个文件夹，并命名。然后进行如下几个步骤的建模：

(1)定义系统的实体单元：包括等待测试的高架车的队列(Queue)、正在测试的高架车队列(Queue)、以及高架车(Load)等与真实系统实体对应的实体单元;同时还包括为控制高架车到达的随机数学模型的辅助临时实体。

(2)建立其他逻辑单元，包括进程(Process)、计数器等，其中主要进程是高架车被测试的进程。

(3)根据系统的数学模型，在Source file中用用户语言编写系统的控制逻辑，主要是高架车在系统中的行动模型。

高架车在系统中动作的数学模型用AutoMod的用户语言编程如下：

(4)模型验证。逐一检查模型各实体单元、逻辑单元及其属性的定义，并检查程序代码，确保仿真模型与所描述的系统是一致的。

(5)运行设置。运行模型，运行AutoStat，在AutoStat中设置一些所需的参数：

3．3模型运行与结果输出

运行建立的模型。下面是仿真30次，每次8小时仿真长度的仿真结果。

可看到这次仿真所要求得的在装配区域阻塞平均有3.916辆电子高架索道车。企业可根据实际情况进行适当的参数修改，并可通过AutoMod的仿真结果，对调整方案进行采纳或排除。

4 结语

排队系统是我们日常生活中经常遇到的问题，通过实例建立一个简单的单服务台系统说明排队系统建模仿真的应用。本文例题中也只是让求阻塞时平均有几辆高架车，实际中往往要比这复杂得多，不仅要找出多个地方的结果，还要进行具体的分析及优化。

摘要：排队系统是一类典型的离散事件系统, 分析排队系统问题, 有重要的现实意义。主要介绍了排队系统的基本概念以及解决途径, 并结合实例, 用仿真软件AutoMod仿真运行单服务台排队系统。仿真结果表明:用AutoMod仿真软件来解决排队系统具有很大的优越性。

关键词：排队系统,AutoMod,单服务台

参考文献

[1]张晓萍.物流系统仿真原理与应用[M].北京:中国物资出版社, 2005.

[2]郭齐胜等.系统建模原理与方法[M].上海:国防科技大学出版社, 2003.

[3]张燕云.离散事件系统建模与仿真[M].北京:清华大学出版社, 1991.

电厂化学水处理系统的仿真研究 篇5

依纷内衣推广软文要求

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RNP系统仿真验证平台架构研究 篇6

关键词：飞行管理系统 综合导航系统 RNP 仿真平台

中图分类号：V249.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（b）-0082-02

随着航空器机载设备能力的提高以及卫星导航等先进技术的不断发展，国际民航组织（ICAO）提出了基于性能的导航（Performance Based Navigation， PBN）概念。PBN包含导航设施、导航规范和导航应用等方面。其中导航规范规定了导航系统的功能、性能和传感器等方面的要求，是PBN实施的关键。其包含所需导航性能（RNP）规范和区域导航（RNAV）规范。RNP定义了飞机在一个确定的航路、空域或区域运行时所需的导航性能，对导航的精度、完好性、连续性和可用性提出了要求。RNP是未来航行系统（Future Air Navigation System， FANS）和下一代航空运输系统（Next Generation Air Transportation System， NexGen）的重要技术。RNP的引入体现了航行方式从基于传感器导航到基于性能导航的转变。RNP标准对包括飞行管理系统（FMS）、自动飞行系统、导航传感器等航空电子系统的结构与性能提出了新的要求。设计符合RNP规范与标准的飞机系统架构，并开发对应的仿真平台，用于RNP系统进行验证和评估，将为现代客机的研发提供重要的辅助作用和技术支持。

1 RNP系统仿真验证平台设计目标

RNP系统仿真验证平台主要实现飞机RNP相关的核心子系统的功能仿真，包括飞行管理系统[1]、高性能综合导航系统[2]、显示系统[3]和飞控系统[4]等。再加上飞机模型和环境模型，构成一个闭环系统，来进行RNP系统的性能分析、评估和验证。RNP系统仿真验证平台通过飞行管理系统执行飞行计划、轨迹预测、性能计算以及飞行导引的核心功能，并与飞控系统和高性能综合导航系统模块进行数据通信和指令传输，实现系统的实时闭环仿真。同时，高性能综合导航系统融合各导航设备的数据，对RNP系统整体的性能评估、分析和验证，实现RNP性能监测和告警。RNP性能仿真验证平台应具备以下主要功能：

（1）仿真RNP核心子系统的功能。

（2）仿真飞机模型及运行环境模型。

（3）提供可视化、交互式的仿真环境。

（4）实现RNP系统整体性能的综合评估、分析及验证。

（5）实现RNP核心子系统模块的功能性和原理性仿真与系统集成，辅助系统的设计及验证。

2 RNP系统仿真验证平台的架构

2.1 RNP系统集成平台架构

RNP系统集成平台的逻辑架构如图1所示。

飞机仿真模块可以包括飞机模型、飞控系统、电源系统、液压系统、发动机系统和自动油门系统。

真实航电设备和数据采集设备可以为部分或全部的机载真实航电系统。

飞控系统仿真模块包括自动飞行和飞行指引系统。

2.2 RNP系统仿真验证平台架构

2.2.1 RNP系统仿真验证平台系统模型

为实现平台设计目标，RNP系统仿真验证平台需要由多个系统模型组成，见图2。

（1）高性能综合导航系统模型：是多传感器的导航系统，主要实现：多种导航传感器信息融合、导航模式管理、无线电导航台的自动调谐和RNP性能评估与监测告警等功能。

（2）飞行管理系统（FMS）模型：主要实现飞行计划、轨迹预测、性能计算以及飞行导引的等核心功能。

（3）显示模型：主要实现电子飞行仪表系统仿真（包括主飞行显示、导航显示、告警显示等），人机交互界面仿真等功能。

（4）ISA模型：是国际标准大气（ISA）的模型。主要仿真随飞行高度变化的地球大气的压力、温度、密度和粘稠度等数据。需符合ICAO Doc 7488规范。

（5）大气扰动模型：主要仿真在各飞行阶段的风和气流扰动的影响，和在起飞和着落阶段的下击暴流的影响。

（6）飞机模型：是一个6自由度的飞机模型，主要仿真飞机的运动状态。其输出所有的飞机动态参数。

（7）发动机模型：主要仿真发动机性能和推力等参数。

（8）主飞行导引系统（AFGS）模型：其包括自动驾驶和自动油门功能的仿真。主要产生横滚和俯仰姿態指令、航向指令和推力或速度指令等。

（9）飞行控制系统（FCS）模型：其用于控制飞机，主要实现将控制指令转换成实际的飞机控制信号。

（10）气象预测模型：用于仿真各种气象环境。

2.2.2 RNP系统仿真验证平台架构

RNP系统仿真验证平台架构如图3所示。该架构描述了各系统模型间的逻辑关系和接口关系。

这里将对平台的软件设计做一些规范性的研究，不对硬件环境的要求进行阐述。

2.3 RNP仿真验证平台软件系统架构

2.3.1 模块化软件设计

所有的仿真软件需依据模块化开发。模块化的程度根据RNP系统各分解模块来决定，使改变任一模块对其他模块的影响降到最低。模块化软件的设计是至上而下的软件设计方法，其强调把RNP系统仿真软件系统分解到独立的、可互换的功能模块，使每个模块来执行唯一的期望功能。模块化软件应该满足下面一些要求：

（1）每个模块的结构应该简单易理解。

（2）每个模块的执行易于改变，不会影响其他模块的运行。

（3）每个模块易于修改，不会对模块间的接口产生变动，或尽可能的减少对接口的影响。

2.3.2 RNP仿真验证平台软件架构

RNP仿真验证平台软件系统架构由多个顶层软件模块组成，见图4。每个顶层软件模块可以分解成多个底层软件模块。

3 结语

该文介绍了RNP系统仿真验证平台架构设计。随着新航行系统的发展，RNP系统越来越显示其重要性。RNP系统仿真验证平台的建设，有助于开展对RNP系统的设计、性能评估及验证工作。同时对RNP系统的性能和功能需求提供了有效的仿真验证手段。

参考文献

[1]宗军耀.大型客机飞行管理系统功能研究[J].科技创新导报，2011（32）：210-211.

[2]宗军耀，郑智明，张琛.基于RNP运行的机载综合导航系统的架构和功能分析研究[J].中国高新技术企业，2014，（25）：7-8.

[3]Ian Moir，Allan G Seabridge. Civil Avionics Systems[M]. rofessional Engineering Publishing UK，2003.

LCC系统仿真的研究 篇7

针对褐煤的干燥提质,大唐华银电力引进的LCC系统包含多种物理和化学过程[3],主要通过将褐煤与热烟气进行干燥脱水以及发生轻微热解,提高褐煤热值,并且能够生产出工业需求的煤焦油[4,5]。但是LCC系统的实际调试运行过程相当复杂,给调试和运行带来了很大的麻烦,而仿真技术由于其有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点,运用到褐煤提质工艺的研究与培训上日益显出其重要性和广泛应用性。

1 LCC系统仿真的内容

LCC系统仿真主要分为四大类:工艺流程仿真、电气系统仿真、控制逻辑仿真、操作界面仿真。

(1)工艺流程仿真

建立工艺流程仿真是整个系统仿真的基础,主要的工艺流程包括:煤干燥、煤热解、焦油回收、脱硫、煤粉成型、工艺水等。

(2)电气系统仿真

电气系统仿真主要是电气设备的仿真,相对于工艺流程仿真来说,电气系统仿真设备较少,主要有变压器、断路器、电动机、母线、隔离开关等。

(3)控制逻辑仿真

在LCC系统中的工艺设备以及电气设备的运行过程中,涉及到很多的操作和启停,而这些操作和启停在逻辑上是有很严格的要求。比如在LCC系统中,当热解循环风机出口氧量高于设定值时,电捕集器必须停机,否则会发生爆炸等危险事故。所以这些控制逻辑必须在仿真中体现出来。

(4)操作界面仿真

LCC系统中的控制系统采用的分布式控制系统,该系统与操作员之间有一个交互界面,主要用于各个参数的监视、手动控制输出、趋势曲线等。在LCC系统仿真中,不仅要在功能上,并且在交互界面外观以及操作等方面都与被仿的LCC系统相同,只有这样才能使人如同操作真实系统一样[6]。

2 LCC系统仿真的数学模型

2.1 数学模型的理论基础

在褐煤提质工艺仿真的过程中,普遍采用数值仿真进行计算,这是基于一种数学模型来描述系统的动态特性[7]。

建立数学模型的过程中,主要依据三个基本守恒定律:质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律。

我们在对系统的动态特性进行分析时,最关心的是系统状态参数的宏观变化过程。因此,可将复杂的流动过程简化成一元流动,再根据三大基本守恒定律建立动态模型。

在流场中取某一微元体,假设:

① 微元体内无质量、能量的产生与消失;

② 不考虑电磁场对微元体的影响;

③ 微元体进、出口面积不随时间变化;

④ 沿流动方向上的热传导不计[8]。

如图1所示,假设在流场中的某一微元体,根据对微元体的假设条件,我们可以得出:

(1)质量守恒方程:

$\frac{d(\rho V)}{dt}=W{}_{in}-W{}_{out}(1)$

式中: ρ——流体密度

V——微元体体积

Win——流入微元体的流体流量

Wout——流出微元体的流体流量

t——时间

(2)能量守恒方程

$\frac{d(\rho V{\rm H})}{dt}=W{}_{in}h{}_{in}-W{}_{out}h{}_{out}+Q{}_{in}(2)$

式中:H——微元体内存储的焓

hin——流入微元体的单位焓

hout——流出微元体的单位焓

Qin——微元体的吸热量

(3)动量守恒方程

$\frac{dG}{dt}=w{}_{in}v{}_{in}-w{}_{out}v{}_{out}+(A{}_{1}p{}_1-A{}_{2}p{}_2-F)+A\rho g(z{}_1-z{}_2)(3)$

式中:G——微元体动量

vin——微元体入口流速

vout——微元体出口流速

A1——微元体入口截面积

A2——微元体出口截面积

F——微元体受到的摩擦阻力

z1——微元体入口高度

z2——微元体出口高度

(4)流体热力性质

褐煤系统中涉及到的工作介质有水、蒸汽、空气、燃气和烟气等,表征这些介质的热力状态的参数有:压力P、温度T、密度ρ、焓H、内能u和熵S。在计算的过程中,只要任意选择其中的两个状态参数作为自变量,其余的状态参数都可以计算出来[9,10]。例如,选取温度T,压力P作为自变量,则其他各状态参数表示为:

H=H(T,ρ)

ρ=ρ(T,p)

u=u(T,p)

s=s(T,p)

2.2 流体网络的数学模型

在褐煤提质工艺中的各个系统,表面看起来每个系统各有各的设备,各有各的作用。例如褐煤干燥系统,主要进行原煤的干燥、干燥尾气煤粉分离收集冷却、干燥尾气循环和干燥热风炉生产干燥热风等;工艺水系统则主要包括工艺污水的沉淀、澄清、絮凝沉淀反应、除油、降温、储存和污泥加压等。在整个工艺中涉及的设备较多,但是设备类型有限,主要是泵类、风机、阀门、燃烧室、箱体、管道、换热器等。针对相同类型的设备,我们可以用相同的数学结构来描述。因此我们可以通过连接各个设备的模块,组成非常复杂的含有各种阻力和热容的流体网络结构。

(1)基本术语

在流体网络的分析过程中,我们为了描述方便,引入几个基本术语。

支路:流体经过的管道;

节点:两条以上支路的汇合点;

边界点:流体网络中的已知节点。

(2)支路流量方程

根据伯努利方程:

$z{}_1+\frac{p{}_1}{\rho g}+\frac{v{}_1^2}{2g}=z{}_2+\frac{p{}_2}{\rho g}+\frac{v{}_2^2}{2g}+h{}_w(4)$

在仿真过程中由于管道长度与内径很难取得,故采用近似计算,可得:

$p{}_1-p{}_2=z{}_2\rho g-z{}_1\rho g+\rho \frac{v{}_2^2}{2}-\rho \frac{v{}_1^2}{2}+k\frac{v{}^2}{2}\rho (5)$

假设z1=z2,v1=v2,结合质量流量

w=3600ρvF

可得出流量公式

$w=\sqrt{\frac{\rho }{k{}_d}}\sqrt{\Delta p}(6)$

(3)节点方程

如图2所示:假设有一个节点,其压力为p,上游有m个压力分别为p1,p2…pm的节点或者边界点,下游有n个压力分别为pm+1,pm+2…pm+n的节点或者边界点,各个支路的流量为wi(i=1,2…m,m+1…m+n),微小漏入节点流量Wle,微小泄漏流量Wll。

根据质量守恒定律,有:

$\frac{d\rho V}{dt}=\underset{i=1}{\overset{m}{{\displaystyle \Sigma }}}w{}_i-\underset{j=1}{\overset{n}{{\displaystyle \Sigma }}}w{}_{m+j}+w{}_{le}-w{}_{ll}(7)$

式中:V——节点容积

ρ——节点流体密度

将方程左边展开得:

$\frac{d\rho V}{dt}=V\frac{\partial \rho }{\partial p}\frac{dp}{dt}+V\frac{\partial \rho }{\partial h}\frac{dh}{dt}(8)$

相对于压力对于流量的变化速度,焓、温的变化速度要慢很多,因此可以假设

$V\frac{\partial \rho }{\partial h}\frac{dh}{dt}=0$

则节点方程可表示为:

$V\frac{\partial \rho }{\partial p}\frac{dp}{dt}=\underset{i=1}{\overset{m}{{\displaystyle \Sigma }}}w{}_i-\underset{j=1}{\overset{n}{{\displaystyle \Sigma }}}w{}_{m+j}+w{}_{le}-w{}_{ll}(9)$

以LCC系统中部分工艺水系统为例,应用流体网络解决整个系统压力和流量的计算,如图3所示。

图中阀门LCC00602等主要应用支路方程,压力节点LCC00627主要应用节点方程。通用各个模块前后联系,能很好的反映整个系统的管路特性。

2.3 干燥炉系统的数学模型

干燥炉系统主要有热风炉、干燥炉以及阀门、风机和管道等组成,关于各个管到上的烟气流量和压力问题可以通过流体网络得到很好的解决。现在主要以干燥炉为例,说明建模理论在建立干燥炉模型时的应用。

干燥炉主要是利用热风炉提供的具有一定温度的烟气对褐煤进行对流加热和干燥。在气密防护罩内都设计有水平旋转盘式结构,旋转盘由一系列直径不同相互交叠的同心圆环组成,且每个圆环都有一定的垂直间隙。从盘外侧朝盘中央方向呈向下倾斜,褐煤从旋转盘外侧流入,被一系列固定的耙齿推送至盘中央,烟气从底部流入,与褐煤对流换热干燥。

根据三大定律、传热学等相关理论可分别列出方程如下:

褐煤质量守恒方程

$w{}_{cin}-w{}_{cout}-w{}_{water}-\frac{d(\rho V)}{dt}=0(10)$

褐煤能量守恒方程

$w{}_{cin}{\rm H}{}_{cin}-w{}_{cout}{\rm H}{}_{cout}-Q{}_{\text{汽}\text{化}\text{潜}\text{热}}-\frac{d(\rho V{\rm H})}{dt}=0(11)$

烟气质量守恒方程

$w{}_{gin}-w{}_{gout}+w{}_{water}-\frac{d(\rho V)}{dt}=0(12)$

烟气能量守恒方程

$w{}_{gin}{\rm H}{}_{gin}-w{}_{gout}{\rm H}{}_{gout}+Q{}_{\text{汽}\text{化}\text{潜}\text{热}}-\frac{d(\rho V{\rm H})}{dt}=0(13)$

传热基本方程

q=hAΔT (14)

2.4 仿真模型的求解

上述的流体网络模型和干燥炉模型都是从基本的守恒定律出发,结合流体热力性质得到的。此外,LCC系统中的热解炉、燃烧炉、风机、泵、阀门、电机等都有对应的数学模型。这些数学模型大都以常微分方程、传递函数等形式表现,并且都具有连续性的特点。在求解这些模型的时候,都必须将其离散化,将微分方程离散成差分方程、传递函数离散成脉冲传递函数,再通过数值计算方法,求解各个数学仿真模型[11]。

3 总 结

本文对LCC系统仿真做了介绍,并分析了流体网络模型和干燥炉模型。实际上,LCC系统仿真不仅能对DCS进行仿真,还能对每一个就地设备进行仿真,使仿真机操作和真实系统保持一致。随着LCC系统在国内的推广以及容量的扩大,为了保证安全生产,运行人员的岗前培训变得日益重要,LCC系统仿真在保障全厂安全运行上将发挥重大作用。

摘要：LCC系统通过褐煤与高温烟气发生对流换热,脱除褐煤中的水分,并发生轻微热解反应,达到提高褐煤品质的作用。本文主要对仿真建模理论进行了介绍,并应用仿真建模理论建立起适用LCC系统仿真的流体网络模型和干燥炉模型。

车铣仿真系统的研究 篇8

关键词：OpenGL,整体仿真,数控机床,坐标系

0 引言

随着虚拟制造技术的应用日渐增强,虚拟机床的仿真系统的研究越来越受到学者们的关注,相应地开发出了许多单一数控机床仿真系统,如最为常见的数控车削仿真系统[1]、数控铣削仿真系统[2]以及数控车铣仿真系统[3],然而这些仿真系统在实际应用较少。随着制造业自动化程度的提高,为了提高虚拟制造系统在现实中的应用和适应时代的发展,数控仿真系统必须朝着模拟自动化工厂的方向发展。宁夏小巨人机床有限公司的智能生产中心是虚拟制造系统应用的典范,它通过网络与车间实际机床设备相连接,把实际机床设备的操作转化为在电脑屏幕上的设备图标的操作,只要双击任意一台设备图标,可以显示刀具号、程序号、所加工工件的数量等相关内容,这只是智能生产中心的部分功能。它的应用给我们带来很大的启发,未来的制造业必然是朝着智能化、自动化的方向发展。因此对数控机床整体仿真的研究具有重要的现实意义。同时为了给观察者提供全方位的观察角度,能使操作者在计算机上产生一种好像融入虚拟场景的感觉,因此对所建场景进行三维实时漫游的研究具有重要的意义。

1 数控机床整体仿真过程框架图的构建

为了使系统中的设备不仅可以单独进行几何仿真,而且可以同时进行整体几何仿真,为此经过研究分析构建了数控机床整体仿真过程框架图如1所示。下面对框架图进行分析阐述:

眼坐标系眼坐标并不是真正的坐标,而是代表一个虚拟的固定坐标系,它与可能发生的任何变换无关,是用作参考的公共框架[4]。当用Open GL绘图时,所用的笛卡尔坐标系在未进行任何变换时是与眼坐标系完全相同的。所有类型的变换都是将当前坐标系(未进行任何变换时可以认为与眼坐标系重合)相对应眼坐标系进行修改,这在本质上就是如何移动和旋转场景中的对象。如图2给出了一个二维坐标系的例子,这个坐标系相对于眼坐标系顺时针旋转了45°。在这个旋转的坐标系上画的一个正方形看起来也旋转了。

变换这里的变换主要是指的模型变换即平移、旋转、缩放等三种模型变换。当当前坐标系经过变换绘制设备模型后,为了不影响其它设备在眼坐标系中的位置(以眼坐标系为参考),必须在绘制设备模型函数后做一次相对以的反变换,来保证其它设备在眼坐标系中的状态。这样各个设备在场景中的任何位置上可以放置了,同时也实现了每个设备可以单独进行平移、旋转、缩放等操作而不影响其它设备在眼坐标系中的状态。当各个设备按适当的位置组成场景后,即图1的双点画线框内,在双点画线框外进行的变换为对整个视图场景的变换操作即整个场景的俯视图、正视图放大、缩小、平移等。

局部坐标系本系统建立的局部坐标系,是指为了方便设备中的运动模型而建立的坐标系,如卡盘旋转(绕卡盘中心线轴),工件旋转(绕工件中心轴),旋转部件的局部坐标系的一个轴必须跟旋转中心轴重合或延伸重合。

当设备模型在当前坐标系i的位置上画出后,由于在绘制设备函数开头通过gl Push Matrix()函数保存当前坐标系i的位置,在绘制设备函数末尾用gl Pop Matrix()函数恢复当前坐标系i的位置,因此设备在局部坐标系中经过旋转、平移、缩放等几何仿真所需的变换等操作不会影响其它设备的位置状态,即实现了设备独立仿真的同时又可以整体仿真理论分析过程。

2 设备几何仿真的实现

利用Open GL中的双缓冲技术,通过编程实现了设备的独立仿真和整体仿真。设备的仿真是在视图类(CView)中On Timer()函数实现的。在On Timer()响应不同的定时器,利用定时器每隔一定的时间就产生一个时钟脉冲,来控制虚拟机床的相应部件按照数控代码中设置的值进行逐步地移动或旋转。只要把定时器的定时间隔值设置为合适的值,就能够产生出平滑而又逼真的运动仿真效果。在本系统的开发中利用定时器发出的脉冲,触发相应的动作,刀具和工件在运动的同时做布尔运算,即可得到加工后的工件效果图,车削加工时的效果如图2所示,铣削时加工时的效果如图3所示。整体设备加工时效果如图4所示,从图4中我们可以看出,有两台车床在加工外圆,且所加工的工件直径和已加工过的外圆的长度不同。在车床加工的同时,一台铣床正在加工槽,另一台铣床处于停车状态,这说明了本系统实现了设备的整体几何仿真。

3 虚拟场景实时漫游与边界约束的研究

3.1 虚拟场景实时漫游的研究

虚拟漫游技术是虚拟现实技术(VR)的技术的一个重要分支,广泛应用于建筑、游戏、医学、航空航天等多种行业中[5],利用虚拟漫游技术可以使人在所建的场景中有一种“身在其中”的沉浸感。本系统虽然在设备布局阶段,用户可以从全方位的角度完成在虚拟环境中生产线所需要的设备布局,这个虚拟环境给用户提供了较强的三维感受,但是不能使用户获得“身在其中”的沉浸感。试想一下用户参观一条真正的设备生产线的情况:随着用户的运动变化,看到的设备景物也在变化,抬头可以看见天车,低头可以看见底面上的零件,对自己感兴趣的东西可以近距离观察。为了让用户在计算机上同样能体会到沉浸感正是本系统研究场景实时漫游技术的意义所在。

在三维场景的漫游过程实际上就是观察者视点和视线不断变化的过程,即当视点的位置、视线发生改变时,场景中的物体相对于观察者的方位也发生了改变,从而产生了“动感”。视点可以认为是人眼,其功能与现实世界的照相机类似。视线方向是由视点位置坐标与参考点位置坐标相减所得的向量方向。漫游的动作一般而言主要有前进、后退、左移、右移、仰视、俯视、左转、右转、上升、下降等10个动作组成[6],而本系统主要研究前进、后退、左移、右移、左转、右转、仰视、俯视等8种基本动作。本系统的漫游功能是利用Open GL中的glu Look At()函数并放在绘制模型函数之前实现的,通过改变响应的函数中的参数实现漫游效果如图5所示。

虚拟设计软件的漫游动作操作由键盘完成,用户通过键盘可以方便地实现漫游功能,其中键盘上的前后方向键为前进后退;左右方向键为左移、右移;翻页键Page Up、Page Down为左转、右转;Home、End键分别为俯视、仰视。其实现部分代码如下:

3.2 场景漫游的边界约束

在漫游的过程中如果不对漫游加以控制,漫游就可以达到由墙壁、地板、天花板、电脑屏幕组成的车间外面,这不符合实际情况。为了符合实际情况,必须对漫游加以限制,限制在车间内部。我们知道漫游的过程是视点变化的过程,视点的位置就是人的眼睛的观察位置,

因此把视点的位置控制在车间组成的空间内,就可以把漫游控制在车间内部了。具体的实现过程是在视图类的键盘处理函数On Key Down()中在漫游动作实现代码前添加视点边界约束代码,具体代部分码如下:

4 结论与展望

虚拟场景构造是虚拟加工系统的基础,基于Open GL和Visual C++的虚拟加工系统框架的设计与研究为创建更加完善逼真的虚拟车间加工系统打下了基础。本系统只是对虚拟加工系统框架上做了初步的研究。系统中的机床模型外观与实际机床外观还有一定的出入;虚拟设备还没有和实际机床进行网络通讯;搬运小车导轨等虚拟加工线中的一些必要设备等,同时只是对加工线的动态几何仿真做了比较深入的研究,对设备的加工过程中的物理仿真研究较少。因此该系统还有不足之处,要建立功能完善的虚拟加工系统还需要进一步的研究。

参考文献

[1]王贤虎.数控车削仿真系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2006.

[2]王晋涛.数控铣削加工过程仿真的研究与分析[D].保定:华北电力大学,2007.

[3]李春丽.数控加工仿真系统中的车铣加工仿真关键技术研究与实现[D].上海:上海师范大学,2006.

[4]Richard S.Wright,Jr.Benjamin Lipchak.OpenGL超级宝典(第二版)[M].北京:人民邮电出版社,2005,120-121.

[5]于长辉.虚拟运动场漫游[J].中国科技信息,2008,20.

水利系统计算机仿真研究 篇9

关键词：水利系统,数字化,计算机仿真,VB

随着科技的飞速发展, 对水利的现代化提出了越来越严格的要求。我国在大型水利工程建设中, 特别注重应用现代化计算机技术、GIS、GPS等高科技技术模拟仿真水利系统。水利水电工作的发展方向是智能化、现代化, 水利系统计算机仿真的高效率普及应用与科学正确的管理, 可以为水利水电部门提供一个可视化分析手段, 形象直观且科学简便, 可以节约成本降低体力劳动量, 因而所带来的经济效益和社会效益显著, 推广和应用价值很大。

1 水利仿真系统结构

单元结构:水库水位的影响因素通常很多, 其中包括入出库水量和环境因素等。更细致地讲, 上游水库放水量决定入库水量;出库水量包括流入下流水量、农业灌溉用水量、附近居民生活用水量等;而环境因素主要分为降水量和蒸发量。

Uik:入口阀门开度;Uok:出口阀门开度;Usk:周边居民生活用水阀门开度;Ugk:灌溉阀门开度;Qik:入库水流量;Qok:出库水流量;Qsk:居民用水流量;Qgk:灌溉水流量;Rk:降雨量;Zk:蒸发量;Tk:水温;Wk:水质

2 水利系统数学模型描述

水利系统的数学模型是在单个水库的数学模型的基础上, 通过级联的形式而形成的。与单个水库调节系统相比, 水利系统不仅包含了水位调节, 而且包括了水利数据信息及控制信息的传输以及水文监测总站对各个水库及水文站的调控。建立水利系统的数学模型, 要把多个单一的水库的数学模型联合起来, 通过解微分方程组的形式, 得到级联的局部水利网络水量调控系统的数学模型。若干个级联水库的水位模型可以描述如下:

公式符号与含义

Qi1:整个水利网络的输入量;Qo2:第2号水库的出库流量Qo6:整个水利网络的输出量;Qs2:第2号水库周边居民生活供水量H2:第2号水库的当前水位;Qg2:第2号水库对农田灌溉的供水量

Qi2:第2号水库的入库流量;R2:第2号水库所在地区的降水量

Z2:第2号水库地区蒸发量;

备注:以2号水库为例

3 水利系统数学模型实现

用定步长四阶Runge-Kutta法来实现水利系统的数学模型:6个一阶微分方程组成的方程组。下面介绍实现四阶RungeKutta法的两个子过程RK4和DUMB。

子过程RK4 (Y () , DYDX () , N, X, H, YOUT () ) 可以用来求某一小区间中某几点的函数值, 调用一次向前积分一步。子过程RKDUKB是连续调用子过程RK4计算出某一区间上的值, 此时该区间长度可较大, 但积分步长都比较小。下面详细介绍上面所讲的两个子过程。

可结合模型方程组, 利用上述两个子过程来实现水利系统数学模型。

4 小结

科技技术的迅猛发展, 推动了水利水电工程的现代化进程, 同时对水利提出更多更高的工程要求。大型水利工程的建设采用计算机技术可以实现数字化水利系统, 实现水文仿真系统以及三维可视化等。本文给出了计算机水利工程仿真系统单元结构图与总体结构, 提出其相应的数学模型, 运用四阶龙格-库塔法采用Visual Basic实现了水利系统数学模型。

参考文献

[1]钟登华, 宋洋.基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法与应用.工程图学学报, 2004, 1:52～58.[1]钟登华, 宋洋.基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法与应用.工程图学学报, 2004, 1:52～58.

虚拟消防系统仿真技术研究 篇10

近年来, 计算机技术发展迅速, 尤其是高性能显卡的出现, 使虚拟仿真技术得到广泛应用。基于以上现状, 本文利用图形图像处理软件photoshop、三维建模工具Creator和视景驱动软件Vega, 完成了消防系统的虚拟仿真, 介绍了相关的技术要点。

1 虚拟仿真软件介绍

1.1 基于Multi Gen Creator的三维建模技术

可视化仿真技术具有实时性、交互性的特点, 并且能够实现有选择的实时渲染, 这就决定了构造三维模型不要求精细化建模, 而是要多边形数量尽量少、构造尽量简单、数据库便于遍历操作等。为此, Multi Gen Creator软件独创了Open Flight数据结构, 该结构实质上是通过设置根节点、组节点、体节点、面节点等, 来满足有选择性访问渲染的要求。另外, 还有一些功能节点:LOD节点、DOF节点、SWITCH节点等, 来满足不同功能的实现要求[1]。

1.2 基于Multi Gen Vega的视景仿真技术

Multi Gen Vega是专业的三维视景仿真开发软件, 它具有几百个函数, 可与C++兼容, 且提供了Lynx图形环境界面, 在不涉及源代码的前提下, 快速改变应用程序的性能, 这些都为快速创建、编辑、运行仿真程序提供极大的方便[2]。

2 虚拟消防系统仿真实现

消防系统由火灾自动报警系统、消火栓系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统、防排烟系统、防火卷帘门系统、消防通讯系统及指挥疏散系统组成。系统工作原理是, 火灾发生时, 探测器首先将探测到的火灾信号传输到报警控制器。经过与正常数据比较判断, 报警控制器确定火灾发生, 并发出报警信号。同时, 报警控制器可以实现手动或自动控制消防设备, 比如启动防火卷帘、疏散指示灯、防排烟系统、自动喷淋系统等。

本文所要模拟的消防系统有:火灾自动报警系统、自动喷淋系统、防火门的控制、防火卷帘的控制、疏散指示灯的控制及防排烟系统。

2.1 火灾自动报警系统的仿真

火灾自动报警系统仿真所需技术要点主要是三维探测器的制作及报警器声音报警功能的实现。

三维探测器, 这里以感烟探测器为例, 首先对感烟探测器进行拍照, 使用Potoshop进行纹理制作, 之后在creator中建模并贴纹理。

报警器声音报警功能仿真实现主要依靠Vega的声音模块, 该模块支持的文件格式有*.wav、*.aiff、*.aifc三种。首先需要通过Lynx图形环境界面配置ADF文件, 主要使用Audio Work2模块, 加载声音的具体步骤:

1) 创建AW Sound命名为Alarm, 加载报警器声音文件alarm.wav;

2) 创建AW Engine命名为Eng;

3) 创建AW Chanel命名为Chan, Engine栏选择Eng, Imaging Model选择Quad;4) Scenes按钮, 点击Audio Works2添加Sound Objects alarm;5) Observers按钮, channel栏选择Chan。

报警器声音仿真所需的控制函数有:初始化声音模块vg Init Audio () 、获取声音aw Find Snd ("Alarm") 以及设置声音属性的aw Prop (Alarm, AWSND_STATE, AWSND_ON) 。本文是基于对话框的程序, 通过按钮实现声音的播放与停止, 为此, 创建按钮函数, 并加入控制声音的函数。除此按钮控制之外, 还可通过火灾发生时, 传递火灾状态变量来自动实现报警器声音的播放。

2.2 自动喷淋系统仿真

自动喷淋系统的仿真主要是完成喷头的制作及喷淋效果。喷头的制作是以68°喷头为例, 通过拍照, 使用Potoshop修图, 并在Creator中建模。自动喷淋系统仿真需要lynx面板自定义的粒子系统。通过Vega中的粒子系统来实现喷淋效果, 并且程序可控制喷淋启动和关闭。

首先, 配置ADF文件:点击Special Effects按钮, 创建特效实例并命名为particle, Type类型选择custom, position输入相应喷头的位置坐标。点击Custom Particle System, 设置喷淋粒子系统的属性值。喷淋效果程序编写所涉及的相关函数有:初始化特效模块vg Init Fx () 、获取粒子特效函数vg Find Fx ("particle") 、设置属性函数vg Prop (ph Fx_Warter, VGFX_STATE, VG_ON) 。自动喷淋启动后效果如图1所示。

2.3 防火门及防火卷帘的控制

防火门仿真, 在creator中创建一个名为“door”的DOF节点, 并选为父节点, 制作防火门模型, 用Set Local命令将DOF原点放置在门轴上, 设其绕门轴的旋转约束, 比如z轴, 从0度到180度。通过点击对话框上的按钮, 防火门自动打开, 当再次点击按钮时, 防火门关闭。

防火门控制程序所涉及的相关函数:获取模型vg Find Obj (obj_name) 、获取模型部分节点vg Find Part (obj, part_name, NULL) 、获取节点位置坐标vg Get Pos (part, pos) 、重置6个自由度值vg Get Pos Vec (pos, &x, &y, &z, &h, &p, &r) 、返回6个自由度的值vg Pos Vec (pos, x, y, z, h, p, r) 。防火门的动作是改变了6个自由度中的p, 即在循环体内使用p-=1来完成。防火门开启效果如图2所示:

防火卷帘仿真, 在creator中创建一个名为“fireshutter”的DOF节点, 创建防火卷帘模型, 用Set Local命令将DOF原点放置在门轴上, 设置其沿门轴拉伸的约束, 从1m~5m。

防火卷帘控制程序所涉及的相关函数:获取模型vg Find Obj (obj_name) 、获取模型部分节点vg Find Part (obj, part_name, NULL) 、获取节点位置坐标vg Get Pos (part, pos) 、重置6个自由度值vg Get Pos Vec (pos, &x, &y, &z, &h, &p, &r) 、返回6个自由度的值vg Pos Vec (pos, x, y, z, h, p, r) 。防火卷帘的动作是改变6个自由度中的z值大小, 启动状态如图所示。

2.4 应急疏散指示灯的控制

要控制应急疏散指示灯的开关, 可在creator里建立switch节点的两种状态, 程序控制, 使两种状态交替显示, 从而实现其功能。

程序所涉及的关键函数有:获取模型函数vg Find Obj ("mark") 、查找节点自定义函数exit_light_control (obj, "sw1") 等。

2.5 防排烟系统的控制

防排烟系统仿真, 使用Photoshop制作透明纹理来表现防排烟风机的转动, 使用Special Effects模块中blade功能来模拟表现防排烟机的转动。通过火灾信号的探测、传输, 模拟实现自动启动放烟排烟机, 或者也可通过点击对话框的按钮, 来控制防排烟机启动与停止[3]。

3 结论

利用视景仿真技术, 制作相关的三维模型, Mutigen Creator展现了在虚拟仿真中的优势。使用Vega的API函数, 可很好地实现在虚拟场景中消防系统的主要功能。并且, Vega中的粒子系统, 模拟再现了火灾及其蔓延、雨淋效果的仿真。另外, 虚拟消防系统可应用在应急救援管理体系中, 比如, 在此基础上, 可进行应急演练、培训、灾难仿真再现等。

摘要：采用对话框的程序架构, 利用建模工具Multigen Creator制作了消防设备的三维模型, 运用视景驱动软件Vega中的API函数, 实现了火灾自动报警系统仿真、自动喷淋系统仿真、防火门及防火卷帘的控制、应急疏散指示灯及防排烟系统的控制等, 介绍了ADF文件的配置。验证了Multigen Creator和Vega在虚拟消防系统中应用的可行性, 并介绍了相关的技术方法。

关键词：虚拟仿真,消防系统,Creator,Vega

参考文献

[1]杨丽, 李光耀.城市仿真建模工具——Creator软件教程[M].上海:同济大学出版社, 2007.

[2]杨丽, 李光耀.城市仿真应用工具——Vega软件教程[M].上海:同济大学出版社, 2007.

纯电动汽车复合电源系统仿真研究 篇11

关键词：纯电动汽车；超级电容；复合电源系统；功率分配策略

中图分类号：U469.72 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）05-0037-05

Investigation and Simulation of the Compound Power

System for Pure Electric Vehicle

LU Jian-kang，YANG Zheng-lin，HE Xiao-min，TAN Jie，YUE Chong-hui

（College of Energy & Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

Abstract:The structure and operating principle of the compound power system in pure electric vehicle were introduced. The compound power simulation was modeled on the platform of MATLAB/SIMULINK. The power distribution strategy was designed for the compound power system predicated on its simple and easy，protecting battery and improving the efficiency of recovering energy.A vehicle simulation for the compound power system was implemented. Simulating result demonstrated that the strategy made the characteristics of the compound power fully developed.This system not only protected and expanded the working life of the battery，but also improved the dynamic performance of the vehicle.

Key words: pure electric vehicle；ultracapacitor; compound power system；power distribution strategy

作为纯电动汽车的电源系统，蓄电池/超级电容器复合电源利用蓄电池和超级电容的各自优点，在具备高比能量的同时有着高的比功率。与蓄电池、超级电容、飞轮电池或燃料电池等单一电源相比，复合电源可以更好地适应车辆多种运行工况。

目前国内外关于蓄电池/超级电容复合电源系统的研究较少，关于电源系统的功率分配策略仍不完善。文献［1］、［2］、［3］中的功率分配策略是根据车速来确定超级电容的参考SOC，并由此来进行功率分配，此策略中对超级电容的容量要求较高。文献［4］、［5］、［6］中采用了模糊控制策略，此策略在仿真中简单易行，功率分配结果也较为理想，但硬件实现较为繁琐。文献［7］、［8］中采用了逻辑门限功率分配策略，但在再生制动回收能量时蓄电池和超级电容同时回收能量，这样降低了再生能量的回收效率。

本文介绍了复合电源系统的结构和工作原理，并以简单易行、最大限度保护蓄电池、提高能量回收效率为前提，为复合电源系统设计了包含“恒温器”控制策略的逻辑门限功率分配策略，建立了复合电源系统的仿真模型，并在MATLAB SIMULINK中对复合电源系统进行了仿真研究。

1 复合电源系统结构与工作原理

1.1 系统结构

复合电源系统结构如图1所示，系统由蓄电池、超级电容和DC/DC变换器组成。蓄电池比能量高，高的比能量可以保证电动汽车的续驶里程；但是比功率低，只能小电流充放电，大电流充放电将损坏电池，严重影响电池的使用寿命。车辆在行驶中需要频繁加速、刹车，要求短时间大电流充放电，因而蓄电池无法满足整车动力性要求，因此蓄电池在复合电源中起到保证车辆续驶里程的作用。超级电容比能量低，大电流放电时电压会在短时间内下降到理论限制电压值，无法长时间进行放电；但它比功率高，高的比功率可以保证电动汽车短时间内大功率需求，因此带有超级电容器的复合电源中能够改善车辆的动力性。DC/DC是复合电源系统中实现功率分配的关键单元。通过对DC/DC的控制可以利用超级电容的特点缓解蓄电池充放电电流，对蓄电池负荷起到削峰填谷的作用。

图1 复合电源系统结构图

1.2 系统工作原理

负载需求功率较低时，蓄电池单独向动力母线放电满足负载的功率要求，或者在超级电容SOC较低时满足负载功率要求的同时通过DC/DC变换器给电容充电；负载需求功率高时，蓄电池和超级电容同时向动力母线供电，以满足负载要求；在制动或下坡时，即再生制动，由超级电容单独吸收再生功率，或在超级电容SOC过高时为保护超级电容同时保证制动性能不受影响由蓄电池吸收再生功率。

2 功率分配策略设计

2.1 行驶工况功率分配策略

超级电容所存储的能量与超级电容的电压和容量有关，即E=U2C，当超级电容的端电压等于额定电压的1/2时，即超级电容的电荷状态UC_SOC=0.5时，超级电容存储的能量等于额定存储能量的1/4，因此在设计功率分配策略时，设定超级电容能量耗尽点的电荷状态为UC_SOC=0.5。依据超级电容的UC_SOC和车辆行驶需求功率Preq与平均功率Pav间的关系，将车辆大功率行驶工况下复合电源的放电策略分为以下三种情况：

（1）UC_SOC>0.6时，若Preq>Pav，Preq=PBatt+PUC，PBatt=Pav，若Preq

（2）0.5Pav，Preq=PBatt+PUC，PBatt=Pav，若Preq

(3)UC_SOC≤0.5时，若Preq>Pav，Preq=PBatt，若Preq

在（2）、（3）两种工况中蓄电池给超级电容充电是为了及时补充超级电容的电量，一旦蓄电池开始给超级电容充电，只要满足Preq

2.2 再生制动功率分配策略

再生制动时储能装置吸收从电机回馈来的电能，再生制动过程的功率分配策略主要是协调再生制动功率对蓄电池和超级电容的充电过程。利用超级电容高比功率，可实现大功率和快速充电的特点，由超级电容吸收再生制动功率，从而提高了再生制动效能和功率回收效率，同时避免了蓄电池受到大电流的冲击。当超级电容存储的能量接近最大存储能量时，即UC_SOC=0.95，由蓄电池回收平均再生制动功率P′av，剩余的再生制动功率仍由超级电容回收。当UC_SOC>0.99时，为了保护超级电容避免过充，仅由蓄电池接收再生制动功率，虽然此种工况将会使蓄电池会受到大功率的冲击，但能保证再生制动的有效性，防止因再生制动无效而影响整体制动效能。再生制动功率分配策略如下：

（1）UC_SOC≤0.95时，PUC=Preq，Preq<0；

（2）0.95

（3）0.99

3 复合电源系统仿真

本论文的仿真是基于MATLAB SIMULINK平台，应用ADVISOR提供的微型纯电动汽车整车模型，因此本文所建的模型均为后向仿真模型。

3.1 复合电源系统建模

复合电源系统的仿真模型主要由蓄电池模型、超级电容模型和双向DC/DC模型构成，本论文旨在研究复合电源系统相比传统单一蓄电池电源系统的优点，及其功率分配策略的可行性，因此忽略双向DC/DC的效率因素，将功率分配策略代替双向DC/DC模型实现功率的分配，仿真模型的建立如图2所示，其中蓄电池模型和超级电容模型分别是ADVISOR中的Rint Battery Model和Ultracapacitor System。图2中的输入power req'd是动力母线的需求总功率，经过功率控制器中的控制策略分别确定对蓄电池和超级电容的功率需求，并依据此时蓄电池和超级电容的可用输出功率，最终得到复合电源系统输出总功率。

图2 复合电源系统模型

3.2 功率分配策略建模

功率分配策略仿真模型的建立是依据第二章所设计的功率分配策略，其仿真模型如图3所示。

3.3 系统仿真

在功率分配策略中需要确定功率分配门限值的大小，即平均正功率Pav和平均负功率P′av。Pav和P′av可以通过ADVISOR仿真确定。选取典型纽约城市工况CYC_NYCC，其行驶工况如图4所示。通过仿真得到纽约城市工况行驶时所需功率如图5所示。计算得其正平均功率Pav=2.57 kW。负平均功率P′av=-726. 3 W。

将复合电源系统模型与ADVISOR中的模型相连接，形成复合电源整车模型，如图6所示。

图5 纽约城市工况功率需求和平均功率图

4 仿真结果分析

在纽约城市工况CYC_NYCC工况下，分别仿真单一蓄电池的整车模型和复合电源系统的整车模型，得到相应的蓄电池SOC、超级电容SOC曲线、功率曲线和电流曲线。

图7是单一电源系统中蓄电池SOC与复合电源系统中蓄电池SOC的变化比较，很明显在复合电源系统中，蓄电池SOC变化较为平缓，这正是因为超级电容的存在，缓解了在加速和制动过程中负载对蓄电池的功率需求。在整个运行过程中，相应超级电容的SOC变化如图8所示，从图中可以看出超级电容的SOC变化范围较大，这正是应对因工况变化而引起需求功率的改变。图9是复合电源系统中超级电容和蓄电池的输出功率图，图10是总线上输出的总电流与超级电容和蓄电池输出电流的关系图。图9、图10很好地证明了在车辆行驶过程中，超级电容很好地起到了削峰填谷的作用，避免了大功率对蓄电池的冲击。

图10复合电源系统电流输出

5 结论

本文阐述了纯电动汽车的复合电源系统的结构和原理，设计了功率分配策略，并利用ADVISOR中的整车模型，在MATLAB/SIMULINK平台上进行了仿真研究。仿真结果证明了功率分配策略的可行性，同时也证明了复合电源系统可以避免纯电动汽车的瞬时大功率对蓄电池的冲击，利用超级电容器比功率高的特点，能有效地应对加速、爬坡和制动时瞬间对电源系统大功率的需求，从而延长蓄电池的使用寿命，充分回收再生制动能量。本文的结果对于纯电动汽车的复合电源系统的设计和实现具有一定的参考意义。

参考文献：

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［2］ A M Jarushi，N Schofield. Battery and Supercapacitor Combination for a Series Hybrid Electric Vehicle［C］.Power Electronics，Machines and Drives (PEMD 2010)，5th IET International Conference on. April，2010.

［3］ 李贵远，陈勇. 动力电池与超级电容混合驱动系统设计与仿真［J］. 系统仿真学报，2007，19（1），101~105.

［4］ Liu Bo. Study on the Control Strategy of Synergic Electric Power Supply System on Hev［D］. Jilin: Jilin Universiy，2006.

［5］ 于远彬. 车载复合电源设计理论与控制策略研究［D］. 吉林：吉林大学，2008.

［6］ Zhang Miao. Study on the Design and Control Strategy of Hybrid Electric Power System on HEV［D］.Jiangsu: Jiangsu University，2009.

［7］ Zhang Jing.Investigation and Simulation of the Combined Energy Storage System of Ultracapacitor and Battery［D］. Wuhan:Wuhan University of Technology，2005.

数控铣削加工几何仿真系统研究 篇12

数控加工的几何仿真是指根据刀具运动的轨迹与刀具的外型对工件进行切削的模拟过程[1]。传统的方法是使用试切法, 即使用便宜的材料和使用实际的机床进行切削, 以检测是否存在碰撞或是干涉。这种方法费用高耗时长, 降低了生产效率。随着计算机技术的发展, 数控加工几何仿真是保证数控机床拥有高效、优质数控加工程序的重要手段之一。美国国家自然科学基金 (NSF) 和美国军方高技术局 (ARPA) 己联合资助MTAMR (machine tool agile manufacturing research ) , 重点是对金属切削加工过程进行分析、建模。国际生产工程学会 ( CIRP) 组成专门工作小组对目前及未来制造业的生产方式进行认真仔细的分析评估, 发表了“目前加工建模的状态及未来发展趋势”一文[2], 将切削加工过程仿真建模问题列为制造业最重要的研究领域。所以, 数控加工几何仿真已经成为广大科研人员密切关注的课题。

1 数控加工仿真环境的建立

1.1 机床几何模型的建立

数控加工中心的结构虽然复杂, 但它们都是由结构和功能相对独立的数量较为固定的部件 (或称为模块) 组成, 如床身、立柱、主轴、工作台、刀具、夹具、刀具库、机械手、机床外壳、控制面板等。它和实际的数控机床的构成稍有差别, 对一些与仿真无关的部件, 如液压系统、电气系统等, 在几何建模中可以不予考虑, 以简化模型。本系统采用B-rep和CSG混合的建模方法[3]建立虚拟加工环境。

本文在VC++6.0环境下采用面向对象技术结合OpenGL库建立三维图形类, 利用VC++6.0开发了OpenGL应用程序, 解决了OpenGL与窗口系统的接口问题, 实现了虚拟加工中心的几何模型的建立, 程序流程图如图1所示。

a) 建立用户视图区:利用VC的AppWizard可自动创建基于Document/View结构的应用程序框架。在生成的主框架窗口对象中, 实现对主框架窗口的设置, 包括标题栏、菜单栏以及客户视图区域的初始化。

在虚拟机床的设计中有两个视图类, 一个是虚拟操作面板, 另一个是虚拟机床视图, 需要在视图窗口中同时显示这两个视图。这样就需要在主框架窗口对象中实现对视图窗口的切分。切分窗口是通过类CSpIitterWnd来实现的。

b) 创建OpenGL绘制环境:完成了对视图窗口的初始化后, 在OpenGL绘图环境初始化使用OpenGL函数库之前, 需要以特定的过程进行初始化。

首先, 必须重新设置画图窗口的象素格式, 使其符合OpenGL对象素格式的需要。为此需声明一个PIXELFORMATDESCRI PTOR结构的变量pfd, 并适当地设置某些结构成员的值, 使其支持OpenGL及其颜色模式。在结构pfd定义完毕后, 调用ChoosePixeIFormat () 函数确定pfd结构是否存在, 如果返回值为TRUE, 则调用SetPixeIFormat () 为设备描述表DC设置象素格式。

完成了象素格式的重新设置后, 需要为OpenGL建立绘制描述表RC (rendering context) 。绘制描述表RC的作用类似于Windows设备描述表DC。只有建立了绘制描述表RC后, OpenGL才能调用绘图命令在窗口中做出图形。

c) 绘制各部件模型:用OpenGL绘制空间曲面的一般步骤是首先将要绘制的空间曲面分割为一系列小三角形面片, 求出各小三角形面片的顶点坐标及法向量, 然后调用OpenGL绘制图元命令按顺序绘制出这一系列小三角形面片, 即可绘制出所需空间曲面, 按此方法绘制出实体的各个面, 可得到所需实体几何模型。具体过程为:先用OpenGL的显示列表技术把所有的几何图形单元都用顶点来描述, 再用glNewList () /glEndList () 给各几何图形单元划定界限;然后针对每个顶点进行计算和操作, 执行时, 只需用glCallList () 调用即可绘制。

下面以绘制机械手为例演示绘制虚拟机床各部件三维模型过程:

采用上述方法就可绘制虚拟加工环境的各零部件的几何模型

d) 真实感效果处理:要生成形象逼真的虚拟加工中心, 除了建立其较为逼真三维模型外, 还需要采用真实感图形生成技术。因此, 生成高品质的真实感图形显示程序要解决下面一些问题:光照模型、几何模型的消隐处理、显示物体的纹理、要有反走样能力。

三轴数控铣削加工中心几何仿真系统如图2所示。

1.2 毛坯模型的建立

材料去除仿真就是根据工件和刀具扫描体的交集实时修改工件的几何实体。这里就有一个工件建模方法的问题。因为工件尺寸在仿真过程中是不断变化的, 所以它的建模不同于机床框架的建模方法。

分析三轴数控铣床加工有以下特点[4]:1) 只有毛坯的上表面才是加工表面;2) 平行与刀轴的一条直线对于加工的毛坯的上表面的交点有且仅有一个 (对于有通孔的零件可以补上一张假象的平面, 使得毛坯上表面连续) ;3) 毛坯上表面是通过每一点的不同高度来表达加工零件的表面形状的。

正是在这样的条件下, 将Z-MAP方法应用于三轴数控铣削仿真系统工件模型的几何表示才成为可能。

a) 传统的Z-MAP方法:Hsu和Yang[5]提出的Z-MAP方法是一种特殊的基于离散模型的表示方法。该方法的基本思想是将原始的工件模型假定为长方体, 将该长方体在xoy平面的投影得到的长方形按照一定精度离散为多个均匀分布的正方形网格, 从而可以将整个工件模型离散为多个以各个正方形为底面的小长方体集合。

在引入Z-MAP方法建立工件的几何表示后, 刀具对工件实际切削过程的几何表示就被近似表示为离散小长方体高度连续更新 (降低) 的过程, 因此该方法被形象地称为“割草法”。如图3。

b) 改进后的Z-MAP方法:作者在研究过程中采用了Z-MAP方法建立工件的几何表示, 发现该方法仍然存在着不足。基于Z-MAP方法建立的工件模型仅仅是一系列不同高度的小长方体单元的集合, 这样处理的后果是严重破坏了工件模型上表面的几何连续性, 特别是当离散精度较低时, 难以表达切削过程中工件上表面的局部曲面特征。因此作者在传统的Z-MAP方法的基础上进行了改进, 设计了改进的Z-MAP方法, 算法思想如下:

1) 在按照一定的离散精度将工件模型的底平面离散为一系列的正方形网格后, 以各网格点为起点、工件模型顶面为终点可以得到一系列的z向线段;

2) 将所有的z向线段与工件模型上表面的交点按照一定的规则以三角形的形式连接构成的三角形网格面即可被视为工件模型的近似表示 (图4) 。

2 数控加工动态仿真的实现

2.1NC代码翻译

仿真系统不能直接通过NC代码来驱动仿真加工过程, 系统首先读入已编好的NC代码, 对代码做词法和语法检查, 提取刀位特征, 生成刀位文件, 转换成驱动虚拟加工中心模型工作的数据, 这就是NC代码翻译[6]。

NC程序的编译过程如图5。

编译过程是先建立一个与数控代码程序段格式相对应的结构对象, 将此对象作为一个临时的数据缓冲区, 将程序段中的数控加工信息依次读出, 经解释变换后写入NC加工信息文件中, 作为仿真加工的指令和数据。编译解释程序支持对子程序的编译, 同时也支持程序注释行的存在, 其具体的解释过程如下:

a) 逐行读入NC程序, 滤除注释字符和注释代码段, 根据NC程序的有效字符检查规则进行字符有效性检查;

b) 将一行NC程序破解成有效字符与数字的组合, 再进行其他规则检查, 有错误则退出;

c) 执行语义分析与坐标变换, 将变换结果写入坐标NC加工信息文件中:

d) 重复执行a) , b) , c) , 直到数控代码结尾。

2.2OpenGL的动画显示技术

OpenGL的动画是通过双缓存[7] (用MFC编程时象素格式设置为PFD-DOUBLEBUFFER) 实现的。在绘图时, 双缓存提供两个颜色缓存, 在一个缓存中显示时, 在另一个缓存中绘制帧。当一帧图形绘制结束时, 两个缓存切换。为了提高动画显示速度, 须将刀具、夹具、机床等尺寸固定的模型用显示列表形式预先生成三维实体, 在需要时只需调用所需的显示列表, 即可显示相应的三维实体而不需重新计算坐标, 避免了大量的浮点运算。下面以工作台沿x正向移动为例来说明动画实现的具体过程。

a) 添加VM-TIMER消息响应函数:

b) 为控制面板的功能按钮添加消息:

其中SetTimer (1, 200, NULL) 是设置序号为1的定时器, 它每隔200ms会发送一次VM-TIMER消息, 改变一次移动变量m-xtranslate的值, 这样每隔200ms就会改变一次位移量, 画面就会产生移动, 以模拟工作台x方向正向移动。

动态仿真结果如图6, 图7。

3 结语

该系统实现了对加工中的刀具移动、切削等过程的监控和对NC代码正确性的验证。这种方法可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题, 确保了实际加工过程中的安全, 节约制造成本, 缩短生产周期, 提高产品的加工品质和效率。系统不仅可以验证NC程序, 模拟真实加工过程, 而且可以用于教学和培训工作。

参考文献

[1]数控加工的可视化仿真[DB/OL].http://www.china001.com/show-hdr.php?xname=PPDDMV0&dname=V9VDH41&xpos=31.

[2]陈益林.红釉NC铣削加工几何仿真若干关键技术研究[D].陕西:西北工业大学, 2004.

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[4]罗堃.在微机上实现数控铣床加工仿真[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2000, 12 (3) :203-206.

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[6]肖田元, 等.虚拟制造[M].北京:清华大学出版社, 2004.