HIL testing of wheel slide protection systems:criteria for continuous updating and validation

Assessment of railway wheel slide protection(WSP) systems involves the execution of complex experimental activities that are quite expensive and time-consuming, since they involve the physical reproduction of degraded adhesion conditions on a real railway line. WSP is devoted to regulating applied braking forces to avoid excessive wheel sliding in case of degraded adhesion conditions between wheel and rail. WSP must be also compliant to safety specifications related to assured braking performances and consumed air. Hardware in the loop(HIL) testing offers an affordable and sustainable way to accelerate these activities optimizing cost, duration and safety of experimental activities performed online. HIL test rigs are subjected to continuous updates, customization and natural ageing of their components. This work investigates the criteria that can be adopted to assure a continuous monitoring and validation of a real WSP test rig, the Italian test rig of Firenze Osmannoro.

基于人工蜂群算法的温差发电阵列最优重构方法

在新能源发电技术快速发展的背景下,温差发电(TEG)技术能够很好地利用新能源发电中产生的废热.然而,温度分布的变化会使得TEG阵列的输出特性恶化、发电效率降低.提出基于人工蜂群(ABC)算法的TEG阵列重构方法,在3种不同温度分布情况下,利用ABC在对称9×9和不对称10×15两种TEG阵列进行动态重构.将所提算法与遗传算法、粒子群优化算法和秃鹰搜索优化算法3种启发式算法作对比,并给出由ABC重构后的TEG阵列温度分布图.结果表明:ABC能够提高TEG阵列的输出功率,输出功率-电压曲线均趋向呈现出单个峰值.此外,利用基于RTLAB平台上的硬件在环实验验证了硬件可行性.

基于自适应权重MPC的AEB-P控制策略研究

为进一步优化面向行人的汽车自动紧急制动系统(AEB-P)控制算法,提出了一种综合考虑驾驶舒适性和行人损伤风险的AEB-P分层控制策略。针对C-NCAP的AEB-P评价标准,设计了考虑制动时驾驶员舒适感的制动安全距离模型;通过引入模糊规则综合考虑行人损伤风险和场景工况得到权重系数调整策略,并基于此设计自适应权重系数MPC上层控制器,采用PID下层控制器对自车实际减速度进行修正;建立车辆纵向动力学模型并通过CarSim与Matlab/Simulink搭建测试场景和控制算法,通过硬件在环实验对本文方法和固定TTC阈值算法进行对比。结果表明,所提控制算法能够在93.75%的测试工况中有效避撞,而固定TTC阈值算法避障成功率仅有43.75%。相较于传统控制策略,该方法能使自车和前方行人保持较稳定的最小间距,鲁棒性更好,可为AEB-P控制理论提供参考依据。

基于动态碰撞时间的自动紧急制动策略设计

针对基于碰撞时间(TTC)的传统自动紧急制动(AEB)策略未考虑自车车速的局限性,提出了一种考虑车速的动态碰撞时间阈值模型,设计了基于动态碰撞时间阈值的AEB控制策略。为保证制动过程的舒适性与安全性,确定了两级制动策略并对减速度的变化率进行限制,利用PI控制算法完成车辆减速度控制,并通过仿真确定不同车速下的TTC阈值,建立动态碰撞时间阈值模型。硬件在环仿真结果表明:在保证舒适性的前提下,相比于传统AEB策略,所设计的AEB策略避撞成功率提高了47.6%,具有更优的综合性能。

一种多飞行器协同的GNC系统飞行模拟平台设计

空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布式一体化仿真架构,设计了一种多飞行器协同的通用半物理制导、导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统飞行模拟平台,可很好地满足复杂系统的飞行模拟需要.平台由若干灵活、可扩展的通用模拟器构成,单个模拟器通过配置可以实现任一飞行器的功能,能够独立对指定飞行器的全任务过程进行仿真.平台通过靶场仪器组B时间码(inter-range instramentation group-B,IRIG-B)信号进行时间同步,利用1553B总线完成动力学仿真数据实时交换,并在多模拟器之间通过协调机制实现热并网后进行协同仿真.该模拟平台成功应用于空间站飞行控制演练.

基于前馈+预测LQR的智能车循迹控制器设计

为提升智能车辆循迹性能,基于线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)理论和滑模理论,提出了一种兼顾横纵向跟踪精度与转向稳定性的横纵向控制器。首先,构建了基于二自由度横向动力学模型的前馈LQR控制器。针对模型线性化后前馈LQR控制器转向稳定性降低的问题,结合恒定转弯率和速度(constant turn rate and velocity,CTRV)模型设计预测控制器,建立了基于实时车速-曲率模糊自适应预测时间的前馈LQR控制器。此外为提升纵向车速跟踪稳定性和跟踪精度,提出了一种基于滑模控制理论的纵向跟踪方法。并进行了联合仿真和硬件在环实验验证。结果表明:文中提出的横纵向控制器有效解决了跟踪精度与稳定性两者难以兼顾的问题,提升了智能车辆循迹性能。

大型智能化低速柴油机高压共轨系统HIL仿真试验平台设计与实现

在RT-Flex60C大型智能化低速柴油机的高压共轨系统、WECS控制系统和推进控制系统基础上,增加低压供油单元和压缩空气单元,结合自主开发的实时仿真单元和信号采集单元搭建了大型智能化柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台。试验结果表明:试验平台性能稳定可靠,能如实反映高压共轨系统在真实机器上的工作过程,以及可变喷油正时、可变排气门开启和可变排气门关闭的特点。为大型智能化低速柴油机高压共轨系统的特性分析、执行机构的性能验证以及控制系统的测试提供了试验平台。

永磁同步电机HIL仿真研究

为改进全数字仿真实时性不足并简化DSP编程,提出了一种永磁同步电机HIL(硬件在回路)实时仿真方法。详细设计了系统硬件,构建了基于Simulink的永磁同步电机的数学及HIL仿真模型,可自动生成优化的嵌入式仿真代码、在线调整模型参数并监视仿真数据,实现了永磁同步电机在HIL仿真下的直接转矩零矢量控制。仿真结果表明,系统具有很好的实时性且可靠性高,与传统的手工编写和修改仿真模型代码的方法相比,加速了电机控制系统的研制,并优化了控制律。

星地链路雨衰信道动态特性的HIL仿真

为进一步研究自适应传输、功率控制和分集等毫米波频段星地链路的抗雨衰措施,提出了一种雨衰信道硬件在环路HIL(Hardware-in-the-loop)仿真系统的原理与实现方案。讨论了U.C.Fiebig等人提出的基于时间序列发生器原理的雨衰信道动态预测模型,设计并实现了基于MATLAB/SIMULINK软件与FPGA硬件相结合的雨衰信道硬件在环路实时仿真器。在此基础上,对不同降雨衰减条件下的MPSK/MQAM自适应调制抗雨衰措施及误码率性能进行了分析和比较,HIL仿真结果与理论上的预测分析是一致的。这种HIL雨衰信道仿真器可以用于检验卫星通信系统抗雨衰措施的有效性。

基于HIL的永磁同步电机矢量控制系统的开发

采用基于V流程的模式进行电机控制系统的开发,对永磁同步电机矢量控制进行了研究,通过在Simulink上搭建永磁同步电机矢量控制算法模型,并且实现自动生成代码下载到DSP中,然后在Typhoon HIL电力电子半实物仿真平台上搭建逆变器、永磁同步电机模型,连接DSP对PMSM矢量控制算法进行测试,完成永磁同步电机控制器的开发。

基于Unity3D的卷绕机半物理仿真系统研究

机电一体化产品在研发过程中普遍面临现场调试工作量大、周期长和成本高等问题,而且目前主流的仿真软件功能较为单一。因此,研究设计了一套兼具实时性和三维展示效果、能够连接机械电子软件的半物理仿真系统。其以卷绕机为仿真对象,利用Unity3D搭建虚拟仿真平台,通过电路板实现虚拟仿真平台与控制系统间数据的实时交互。通过输出卷绕过程中关键结构的运动时序和空间轨迹图,验证了卷绕机机电系统的工艺仿真可行性。研究结果表明,该系统可替代部分现场调试工作,提高研发效率。

基于ISO 26262的车身域控制器开发

使用单个微控制单元(microcontroller unit,MCU)的车身域控制器由于缺少外部芯片监控主控MCU的工作情况,缺少对多点故障失效的诊断覆盖,影响潜在失效率。此外,单MCU由于芯片引脚不足,使用复选芯片后大幅增加了单点故障失效率,因而很难达到功能安全等级B的要求。为满足功能安全的要求,设计了一种基于国产车规芯片AC78406的双MCU架构的车身域控制器。该控制器设计方案可消除多路复选芯片的硬件随机失效率,同时增加对MCU失效的诊断覆盖,从而提高功能安全等级。

EPS机电耦合HIL台架联合仿真测试方法

为了满足EPS系统的性能和功能安全集成开发要求,建立EPS机电耦合HIL测试系统尤为重要。泛亚汽车整合MTS转向性能试验台和dSPACE实时仿真器,集成整车Carsim动力学模型,搭建了全新的EPS机电耦合HIL测试台架。基于该台架,对某项目EPS系统进行转向中心区(OC)操稳性能和轮速有效位故障模拟双移线(DLC)工况进行联合仿真HIL测试,获得了EPS系统OC工况性能客观试验数据和DLC轮速故障工况驾驶员避障峰值扭矩值,在没有物理样车的情况下对EPS系统性能集成和功能安全策略进行了提前测试验证。

基于Windows/RTX的实时仿测软件设计

针对传统测试软件实时性有限、传统仿真接口软件通用性程度低的问题,为满足半实物仿真软件需兼顾单元测试和控制系统仿真验证的需求,设计了基于Windows/RTX的实时仿测软件。仿测软件采用模块化的设计原则,开发了GUI层人机交互界面和RTX层实时运行程序。为保证实时性,采用无锁循环缓冲区+双线程技术,解决了RTX环境下仿真步长为1 ms时串口数据收发的超时问题;提出一种超时检测算法监测仿真节点的实时状态。借助cJSON优化了测试用例配置文件,用户可以更灵活地编辑测试用例,利用RTW自动代码生成将弹体模型编译集成到RTX仿测软件工程。实验结果表明:该仿测软件有效兼顾了单测与仿真,提高了仿测软件的通用性和二次开发效率,降低了开发难度。

无人机舵机HIL仿真方法研究

为简化编程及优化控制律,介绍了一种无人机舵机的H IL实时仿真方法。详细设计了系统硬件,构建了基于S imu link的舵机控制系统H IL仿真模型,可实时在线调整模型参数及监视仿真数据,实现了舵机的位置随动控制。实验结果表明,系统具有较好的实时性,能够较全面验证舵机控制软件的可靠性,加快了舵机及无人机的研制。

增程式混合动力系统硬件在环仿真测试研究

文章分析增程式混合动力系统原理结构,基于dSPACE实时仿真系统构建仿真物理模型,主要包括发动机模型、发电机模型、锂电池模型、电机模型、变速器模型、车辆动力学模型等,并连接真实HCU和TCU进行功能联调。经验证可提前发现软件存在Bug,提升软件品质,避免问题产品流向市场。

ROV仿真平台技术研究

遥控有缆机器人(ROV)在海洋资源开发、管道/线缆铺设中发挥着重要作用,但其海洋实验成本高昂,且要求操作员具有丰富的操作经验。为辅助培训ROV操作员并提高ROV实验效率,文章设计了一种硬件在环、具有三维可视化功能的仿真平台,其既可直接与现场应用的ROV控制系统连接进行软件测试与功能验证,又可以直接用于操作员培训。该平台通过ROV物理模型和ROV数学模型等模拟实物ROV,并在虚拟视景中构建ROV运动场景、在虚拟环境中模拟ROV作业。基于ROV数学模型,其计算ROV运动数据并将运动数据信息传递到ROV三维模型进行动态显示,同时将实时运动信息反馈给ROV控制系统。结合水池实验中ROV速度随推进器转速变化的实验数据,文章对比分析了实验数据与仿真平台计算数据。结果表明,该仿真平台能有效代替实物实验并辅助ROV操作员培训,可大大节省培训与实验成本,提升ROV操作员培训效率。

电子液压线控制动压力控制开发

为了克服电子液压线控制动系统(EHB)死区、摩擦及系统不确定性对压力控制的响应和精度的影响,文章提出一种新的闭环-前馈相结合的压力控制策略。该策略首先建立电子液压线控制动系统的动力学模型,并分析压力与活塞位移和速度相互关系,根据试验台架获取主缸压力与活塞位移的关系曲线;同时提出以压力-速度-电流为主的主控制回路,并以主缸活塞位置为辅助量的压力补偿控制策略;最后在斜坡和正弦工况下进行测试,结果表明该方法能够保证压力跟踪的快速响应和稳态跟踪性能。

发动机HILS系统中曲轴转速与凸轮相位信号模拟

为了实现发动机HILS系统中曲轴转速信号与凸轮轴相位信号的精确模拟与同步,在了解这2种传感器工作原理的基础上,针对某四缸多点电控燃油喷射汽油机进行标定实验,测得曲轴与凸轮轴传感器信号随转速的变化规律及相互间的同步关系.在基于xPC Target的双机系统开发环境中,利用Matlab/Simulink/Stateflow等工具建立这2种信号的模拟及同步模型,针对不同转速下发动机台架测试数据和模型平台仿真结果进行对比实验验证.结果表明,该模型设计方法简单,信号模拟精度高,信号同步关系精确,具有很强的通用性,可以很好地满足发动机ECU HILS系统开发平台的需求.

基于HIL的变流控制器实时仿真测试平台研究

针对变流控制器在研发测试阶段使用实际装置高压测试环境时风险高、代价大的问题,设计了一套基于HIL的变流控制器实时仿真测试平台,通过实时仿真模型代替实际装置对变流控制器进行了实时仿真测试研究,并将实时仿真测试结果与实际装置试验结果进行了对比。结果表明:所提实时仿真测试平台能够基本准确反映变流模块的动静态特性,为后续基于实时仿真测试平台开展相关控制算法的学术研究提供了技术支撑。