1、概述

FS車輛通常采用液壓驅動的方案，車載控制器根據每個工步的狀態信號（如FS車調平信號、起豎裝置的起豎角度信號等），解算液壓元件的控制信號（如方向閥、伺服閥或流量閥等液壓元件），以實現FS裝置按規定要求完成FS車調平、起豎等多個工步。隨著多個子系統的綜合過程，不同類型信息與能量的交換和傳遞變得越來越復雜，因此在產品定型前，對系統整體動、靜態性能和運行參數進行評價和改善，考察系統元件故障對產品工作性能的影響，成為一項重要的研究內容。

由于人力、物力和開發周期等客觀條件的限制，實際過程往往難以制造物理樣機，進行在線跟蹤調試和改進。因此，比較普遍的做法是在產品定型前對系統關鍵元件進行性能仿真，暴露設計中存在的問題，提出符合工程實際的可行性方案。目前傳統方法主要針對單個子系統進行仿真，忽略或簡化其他子系統的影響，這樣雖然能反映系統某些特性，但不能有效體現各子系統間的耦合關系，不能充分反映系統的綜合性能。因此將液壓、機械動力學、控制等多個子系統通過綜合集成平臺進行調度與管理，形成一個完整的仿真實驗系統是一個理想方案。

某大型起豎系統是一個典型的復雜多學科機電系統，系統結構簡圖如圖1所示。為將負載起豎到某一位置，系統采用液壓為驅動能源，配置傳感器測量負載角位移等信號。該角位移信號用來設計液壓元件的控制律，以確保起豎過程按預定義的趨勢完成起豎任務。

從下圖1可以看出，為充分考慮各部分對系統整體性能的影響，可將起豎系統分為液壓能源、機械動力學和控制3個子系統分別建模分析，然后根據各子系統之間的接口關系實現起豎系統的綜合性能仿真和評價。

圖1 起豎系統結構簡圖

2、地面FS車輛實時仿真系統結構

圖2 起豎系統結構簡圖

FS車實時仿真系統是基于LINKS-RT仿真平臺，配置一套包含三個節點的分布式半實物實時仿真系統，仿真系統的所有實時仿真機上運行統一的分布實時仿真引擎，支持模型間數據的同步交互。

（1）實時仿真機：3臺實時仿真機分別用來仿真電控系統、液壓系統和機械動力學系統。實時仿真機的配置除主處理器以外，還包含了相關的I/O接口卡（如AD、DA、DIO等）。仿真機中分別運行電控系統、液壓系統和動力學系統仿真模型，對用戶設計的液壓系統的控制律進行仿真和驗證；其中電控系統可以用作實物替換；

（2）仿真管控主機：仿真管控主機為Windows操作系統，運行Matlab建模軟件，基于Simulink進行系統模型設計，并能夠自動生成可執行程序，下載到VxWorks目標機中實時運行。另外還運行LINKS-RT仿真軟件包和RT-SimPlus顯控組件，用戶通過操作仿真軟件的軟件界面，可以對整個仿真過程進行控制、管理，還可以以虛擬儀表、曲線等方式實現對仿真機的監控，是FS實時仿真系統與用戶之間的人機交互接口。

（3）反射內存網絡：三臺實時仿真機之間通過反射內存（RFM）網絡連接起來，構成一個實時分布式網絡，既可以確保實時仿真機之間的仿真時鐘同步，又可以在三臺實時仿真機之間進行簡單的數據通信；

（4）以太網：系統中的所有計算機都連接到同一個以太網，仿真主控計算機通過以太網傳送仿真管控指令到三臺實時仿真機。同時，仿真過期間，模型解算過程中產生的輸出數據、參數也可以通過以太網傳送到仿真主控計算機，用以實現仿真過程實時監控功能。

3、地面FS車輛實時仿真系統多學科協同仿真流程