[发明专利]基于虚拟现实技术的二次平台半物理仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于二次平台半物理仿真领域。

背景技术

在现代社会中,经常需要高平面度的平台,比如在空间交汇对接、地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真试验中,需要支撑整个地面仿真器,为地面仿真实验提供基础平台；为编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。由于平台运动或者是静止时都可能由于大面积水平基座的不平整等原因处于倾斜状态,不利于为负载提供尽可能水平的作业平台保证准确对接,因此需要平台在静止和运动状态都能够被快速、精确的调平,以保证平台足够的水平度。

二次平台和六自由度气浮台轨道器及六自由度气浮台上升器共同构成交会对接仿真试验的核心部分。其中，以气浮球轴承和重力平衡伺服运动机构为核心组成的六自由度气浮台轨道器用来模拟轨道器动力学仿真状态；二次平台用来支撑六自由度气浮台轨道器，实现高精度自动调平；与六自由度上升器配合，实现完整的交会对接动力学与控制全物理仿真试验。整个系统运行在大型花岗岩平台上，是地面全物理仿真试验的核心和基础平台；也为未来的编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。

目前,在二次平台运动控制系统研制过程中,工控机直接与实际台体相连,人机交互界面发送指令或者参数直接到工控机,工控机通过指令解祸、控制算法整定后输出控制量送给电机驱动台体运动,但是在调试过程中可能会由于人机交互端指令输入不正确或者是控制算法整定错误等意外因素造成撞台等严重后果，造成不可估量的损失。

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作和交互的一种全新控制方式,与传统的人机界面相比,更直观逼真更能让用户全身心投入到三维虚拟环境中。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的二次平台仿真在调试过程中发生人机交互端指令输入不正确或者是控制算法整定错误使导致超量程或者撞台的问题，本发明提供一种基于虚拟现实技术的二次平台半物理仿真系统及方法。

本发明的基于虚拟现实技术的二次平台半物理仿真系统，

所述仿真系统是基于上位机和工控机实现的，上位机和工控机均接入以太网，所述系统包括上位机操作系统、三维仿真模型和工控机模块；

上位机中嵌入上位机操作系统和三维仿真模型；工控机模块嵌入在工控机内；

所述上位机操作系统与三维仿真模型通过动态链接库进行数据交互；

所述上位机操作系统，用于输出给定位置指令，并实时显示二次平台的仿真模型的状态；

所述三维仿真模型，用于生成二次平台的仿真模型，结合输入的电机控制量和平台控制量仿真模拟二次平台的实时运行状态，当所述二次平台发生超量程或者撞台时，进行相应提示；

所述工控机模块，用于根据输入的给定位置指令，输出电机控制量和平台控制量。

所述工控机模块包括指令解算模型、控制模型、电机模型和二次平台数学模型，工控机内插有多个运动控制卡，所述指令解算模型、控制模型、电机模型和二次平台数学模型分别嵌入在不同的运动控制卡中；

所述指令解算模型，用于对输入的给定位置指令进行解算,并将解算后的指令发送给控制模块；

控制模型，用于对解算模型发出的指令进行整定,生成电机控制量和平台控制量，并分别发送给电机模型和二次平台数学模型；

电机模型，用于根据电机控制量驱动二次平台的仿真模型中的电机工作；

二次平台数学模型，用于根据平台控制量驱动二次平台的仿真模型中的工作台运动。

基于虚拟现实技术的二次平台半物理仿真方法，所述仿真方法是基于上位机和工控机实现的，上位机和工控机均接入以太网，所述系统方法包括如下步骤：

利用上位机操作系统输出给定位置指令，并实时显示二次平台的仿真模型的状态的步骤；

利用三维仿真模型生成二次平台的仿真模型，结合输入的电机控制量和平台控制量仿真模拟二次平台的实时运行状态，当所述二次平台发生超量程或者撞台时，进行相应提示的步骤；

所述上位机操作系统与三维仿真模型通过动态链接库进行数据交互；

利用工控机根据输入的给定位置指令，输出电机控制量和平台控制量的步骤。

所述利用工控机根据输入的给定位置指令，输出电机控制量和平台控制量的步骤包括:

用于对输入的给定位置指令进行解算,并将解算后的指令发送的步骤；

用于对接收的解算后的指令进行整定,生成电机控制量和平台控制量，并发送的步骤；