基于RT—LAB的高机动性装备半物理测试平台设计

逯云杰

摘 要： 基于LabVIEW设计高机动性装备半物理测试平台时，对平台需求的数字化模拟过程在非实时环境中进行，与后续工作间存在脱节，导致高机动性装备的半物理测试效果差。因此，设计基于RT?LAB的高机动性装备半物理测试平台。其由上位机软件以及硬件构成。硬件模块由平台测试模块、数据获取模块和逻辑操作模块构成。通过Simulink建模仿真平台塑造装备属性模型，基于RT?LAB高质量的硬件板卡支撑性能以及多核分布式并行运算，完成高机动性装备半物理测试仿真。融入RT?LAB实时目标机，实现基于RT?LAB半物理的高机动性装备测试仿真。采用装备的关键部件和429板卡，完成RT?LAB以及VxWorks操作系统下机载装备的半物理联合仿真。平台实现部分设计软件结构，给出高机动性装备动力模型嵌入过程，采用Unity3D规划装备虚拟显示模型，通过实时数据对VR模型的运动进行控制，实现处理装备虚拟展示。实验结果表明，所设计测试平台可对装备的电压以及电感电流进行平稳、准确测试。

关键词： RT?LAB； 高机动性装备； 半物理测试； 目标机； 平台设计； 联合仿真

中图分类号： TN304.05?34； TM46 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）16?0183?04

Abstract： During the design of the semi?physical test platform based on LabVIEW for high mobility equipment， the digital simulation process required by the platform is performed in the non real?time environment， resulting in disconnection with subsequent work， and poor semi?physical testing effect of high mobility equipment. Therefore， a semi?physical test platform based on RT?LAB is designed for high mobility equipment. The platform is composed of upper computer software and hardware. The hardware consists of platform test module， data acquisition module， and logic operation module. The equipment attribute model is shaped on the Simulink modeling simulation platform. The semi?physical test simulation based on high?quality support performance of the hardware board card of the RT?LAB and multi?core distributed parallel computation is accomplished for high mobility equipment. The real?time RT?LAB target machine is fused to realize the semi?physical test simulation based on the RT?LAB for high mobility equipment. The semi?physical joint simulation of the airborne equipment is accomplished under the RT?LAB and VxWorks operating systems by utilizing the key components of the equipment and the 429 board card. Part of the designed software structure is realized on the platform. The embedding process of the high mobility equipment dynamic model is given. The Unity3D is adopted to plan the virtual display model of the equipment. The motion of the VR model is controlled by real?time data to realize the virtual exhibition of post?processing equipment. The experimental results show that the designed test platform can test the voltage and inductive current of the equipment smoothly and accurately.

Keywords： RT?LAB； high mobility equipment； semi?physical test； target machine； platform design； joint simulation

飞机警示、简图页和控制功能等是机电综合控制平台的关键功能[1]，传统基于LabVIEW设计高机动性装备半物理测试平台时，对平台需求的数字化模拟过程在非实时环境中进行，同后续工作间存在脱节问题，导致高机动性装备的半物理测试效果差[2]。随着高机动性装备的智能化应用领域逐渐提升，半物理仿真在装备控制器的规划以及应用中具有较高的应用价值。因此，设计基于RT?LAB的高机动性装备半物理测试仿真平台，融入RT?LAB实时目标机，将基于RT?LAB的半物理仿真应用到高机动性装备综合控制平台内，降低飞机规划的耗时，增强飞机规划安全性。

1 高机动性装备半物理测试平台设计

1.1 半物理仿真架构

高机动性装备的半物理仿真系统的关键模块是上位机软件以及硬件，其仿真平台如图1所示。其中装备控制器以及信号变换器是硬件的重要组成模块，对控制器以及装备动力学模型间的信号进行传输；半物理仿真主逻辑控制模块、设备动力学模型控制模块、虚拟现实后操作模块以及人机模块共同组成平台的软件部分，对高机动性装备信号实施高效的控制和直观描述[3]。总体信号交互时上位机中的虚拟现实后操作模块基于状态信号以及管理信号，驱动高机动性装备的虚拟现实模型，完成装备状态的可视化描述[4]。

1.2 平台关键硬件模块

高机动性装备版物理测试平台的重点内容是实施半物理仿真分析，其由平台测试模块、数据获取模块和逻辑操作模块构成，如图2所示[5]。

1.3 半物理测试仿真设计

基于RT?LAB的高机动性装备半物理仿真测试过程包括数字过程以及半物理过程。数字过程仿真策略如图3所示。其基于RT?LAB仿真需求，将模块分割成SM，SS及SC，它们分别是核心逻辑操作模块、数据获取模块以及平台检测模块和航电呈现模块，通过RT?LAB中两个运算节点对SM以及SS实施并行运算，SC采用以太网监测逻辑操作模块的运算结果。

高機动性装备半物理过程仿真策略如图4所示。能够看出半物理仿真过程中采用的模型是逻辑操作模块以及平台检测模块实际机载装备，仿真模型中还包括数据采集模块，并且RT?LAB目标机内也运行着数据采集模块。机载部件以及目标机间通过数据采集429板卡以及CAN总线实现数据交互[6]，完成RT?LAB以及VxWorks操作系统下机载装备的半物理联合仿真。

2 平台实现部分

2.1 半物理测试仿真实现流程

上位机内部署RT?LAB以及Matlab软件，RT?LAB与Matlab/Simulink进行无缝关联，通过Simulink建模仿真平台塑造装备属性模型，同时完成模型的实时化、划分以及编译等操作获取C代码，以太网向目标机内输入C代码。目标机通过多核分布式并行运算，完成高机动性装备的实物仿真[7]，用图5描述仿真流程图。

2.2 塑造装备虚拟现实模型

采用3ds MAX塑造坦克装备模型，向Unity 3D场景输入FBX格式的装备模型，塑造装备基础场景[8]，对脚本的编写过程实施优化，塑造好的坦克场景见图6。

2.3 人机操作界面设计

虚拟显示、DLL调控检测、装备控制器半物理仿真通信平台、状态信息存储以及采集、传感器检测信息存储和采集等是用户界面的主要内容[9]，如图7所示。

3 实验分析

实验在Matlab/Simulink内塑造2台DC/DC变换器构成的ISOP系统，其输入/输出电压是200 V以及150 V，电感是1.4 mH，变压器原副边匝比K=1∶1，开关频率是12 kHz。负载从60 Ω调整成30 Ω情况下的仿真波形如图8所示。如果出现负载瞬时调整的情况，则两个模块输入电压被均衡分割，确保输出电压的平稳性。受到下垂调控的有差调控属性干扰，两个模块获取的电压存在一定的差异。负载是50 Ω以及30 Ω，[Vin1]与[Vin2]间的差值是4 V和2 V，误差小于设置的阈值。50 Ω负载情况下，变压器电压以及电感电流情况如图9所示。

输入电压出现瞬时波动时的仿真波形如图10所示。分析两个图能够得出，不考虑下垂调控产生的误差问题，输入电压能够被均衡分割，同时输出平稳的电压。

4 结 论

本文设计基于RT?LAB的高机动性装备半物理测试平台，实现高机动性装备状态的实时、准确测试，以及装备状态的可视化展示，具有较高的应用价值。

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