基于xPC的實時仿真及控制系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、隨著多體動力學(xué)、有限元分析、計算機圖形學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機電產(chǎn)品的開發(fā)，它能極大減少實體樣機修改工作，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，提高產(chǎn)品性能。但目前的大部分虛擬樣機技術(shù)主要面向樣機設(shè)計階段的性能預(yù)估和優(yōu)化，信息采集與反饋滯后，具有非實時性，無法有效評估樣機測試與運行等產(chǎn)品實現(xiàn)階段的性能。虛擬樣機的實時仿真與測試技術(shù)能夠有效解決上述問題，它通過硬件在環(huán)（HIL，Hardware in the Loop）等半

2、物理仿真實驗，獲得所測試的機電產(chǎn)品運行時的性能數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)產(chǎn)品的優(yōu)化和升級。
　　基于國內(nèi)外研究控制系統(tǒng)在環(huán)仿真的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于xPC的實時仿真及控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。重點研究了多體系統(tǒng)的動力學(xué)建模、xPC實時仿真技術(shù)、EtherCAT主從站開發(fā)、EtherCAT周期性過程通信等內(nèi)容。該方案利用Robotran等構(gòu)建多體系統(tǒng)動力學(xué)模型，使模型能夠在xPC實時仿真平臺實時運行，并通過EtherCAT實時通信技術(shù)，使仿真模型

3、能夠與真實數(shù)控系統(tǒng)LinuxCNC之間完成實時的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的在環(huán)仿真。
　　本文提出的方案是一套完備的―虛機實控‖解決方案。首先，利用Robotran的動力學(xué)建模特性，構(gòu)建出真實度較高的仿真模型，并與Simulink一起進行協(xié)同實時仿真，實現(xiàn)―虛機‖的要求。其次，利用EtherCAT技術(shù)的特點，構(gòu)建出實時通信的主從站。在運行xPC的目標(biāo)機上添加帶有ESC的KPA卡，使目標(biāo)機成為從站；在運行LinuxCNC的工控機上

4、安裝EtherCAT主站軟件，使工控機成為主站。再次，開發(fā)EtherCAT主從站程序。在LinuxCNC中利用comp工具構(gòu)建EtherCAT的HAL（Hardware Abstract Layer）通信模塊，模擬主站；在Simulink中編寫C語言的S函數(shù)，驅(qū)動從站工作。最后，編寫PDO（Process Data Obeject）通信代碼，實現(xiàn)了EtherCAT主從站之間的周期性PDO通信，符合數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動之間的通信要求。同時，