专利名称：基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法
技术领域：
本发明涉及模拟/仿真技术，具体是基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法。
背景技术：
长期以来，铁路工程机械操作人员的培训是通过书本学习和在演练线上实作的方式进行，这种培训方式存在训练环境单一，实践时间不足，开销巨大等问题。为了克服通过书本学习和在演练线上实作所存在的缺陷，现今普遍采用虚拟工程机械仿真系统培训操纵人员。虚拟工程机械仿真系统的应用需要采用到模拟的工程机械控制逻辑，现今模拟控制逻辑的具体过程为第一步，理解工程机械的电路、液压图的逻辑原理，将原理图离散并转换成与或逻辑；第二步，按照电路、液压图的逻辑原理分成输入层、中间逻辑表达式层、输出层，然后按照一定的规则写入Excel表中；第三步，编写逻辑文件加载模块、逻辑文件解释模块及对外接口模块；第四步，仿真系统运行过程中首先通过逻辑文件加载模块加载Excel文件，然后利用逻辑解释模块对逻辑文件的内容进行解释、计算，最后通过对外接口模块接受输入，并将计算结果对外输出。采用现有方法模拟控制逻辑主要存在以下缺陷一、在建立Excel表的过程中，将电路、液压图原来的器件转化为一些逻辑表达式，在Excel表中不存在元器件，因此在元器件故障的设置时，变得非常复杂，需要理清表达式的在表中的逻辑关系；二、在Excel表中，添加新的电路或液压功能时，首先需要理解整个Excel表的逻辑，并需要一层一层的添加，如果添加过程中出错很难及时找出错误，添加过程繁琐；三、利用Excel表，调试不方便，如果Excel表中间某一层的某一个表达式出错，需要查找所有与这个表达式的有关的表达式，才能找出错误。因此，采用现有的实现方案存在建模不直观、建模繁琐耗时、模型模块化程度不高、模型可扩张性不足等缺点，严重的制约了工程机械仿真系统的运行性能和适用性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，采用本发明对工程机械进行建模时具有建模简洁速度快和故障设置方便的优点，且能保证所建模型的模块集成化高。本发明的目的主要通过以下技术方案实现基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，包括以下步骤
步骤1、在AMESim软件中根据工程机械的电路图或液压图创建自定义元件；
步骤2、根据创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；
步骤3、将步骤2中建立的电路图或液压图的系统模型加载进仿真系统中，并根据传入的操作数据进行实时仿真。本发明通过AMESim软件建立与图纸一一对应的模型，AMESim提供了丰富的元件库、调试运行优化工具，大大增强了模型的直观性、模块性、简洁性。其中，本发明创建自定义元件是利用AMESim中的AMESet进行二次开发。本发明在具体应用时，若工程机械控制逻辑还存在除电路图和液压图外的其它技术文档，也可按本发明的步骤进行相应的编码。所述步骤I中创建自定义元件具体包括以下步骤
步骤1.1、根据工程机械的电路图或液压图中元器件功能及其通用图形化表示符号确定每个元件的对外接口和绘制自定义元件的图形符号外观；
步骤1. 2、根据元器件的功能和原理，将元器件转换成一定的逻辑表达式或数学模型，并确定其数学模型涉及到输入输出变量和内部参数；
步骤1. 3、根据步骤1. 2中获得的元器件逻辑表达式和数学模型，编码并进行逻辑仿真。本发明对元器件逻辑表达式和数学模型进行编码的具体过程为利用计算机编码技术，将元器件逻辑表达式和数学模型转换成计算机能够识别的代码。本发明通过自定义元器件的开发，可以解决原有方法实时性不高、模型搭建复杂、元器件故障设置难度大等技术问题，使得所建模型可以从最基本的元件开始搭建，并且元件的外观与功能与具体图纸中的元器件相同。另外，整体模型的布局也与图纸的布局保持一致，这样所建的系统模型在进行系统仿真调试与具体元件故障设置时将十分方便。所述步骤2中建立电路图或液压图的系统模型具体包括以下步骤
步骤2.1、利用创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；
步骤2. 2、将建立的电路图或液压图的系统模型中各元件和相应的子模型进行关联；步骤2. 3、设置电路图或液压图的系统模型中各个元件的子模型参数，并利用AMESim软件对系统模型进行编译产生可执行文件。所述步骤3还包括创建调用AMESim软件提供的API的函数，并利用创建的函数来获取电路图或液压图系统模型的仿真结果和设置输入数据。所述仿真系统包括以下子系统
视景系统，用于负责仿真车辆的外观、物理行为及所处的环境；
接口系统，用于负责实现车辆的操作界面；
主控制系统，用于负责数据的处理，并根据接口系统和视景系统的数据进行系统仿真计算，然后将结果发送给接口系统和视景系统；
教员系统，用于负责系统管理和学员培训管理。本发明应用时，仿真结果在接口系统和视景系统中实时显不。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(I)本发明通过自定义元器件的自主开发，简化了系统模型的搭建，提高了系统仿真的实时性，降低了系统模型的调试难度。(2)本发明通过自定义元件，便于建立与图纸中元件功能与外观都相似的模型，大大增强了系统模型的直观性、模块性、简洁性、可重用性。(3)本发明通过自定义元件，十分方便在模拟的元器件中设置故障，所建模型更加实用、全面，为复杂工程机械控制系统模型的建立，以及系统在正常或故障模式下的运行情况模拟打下了坚实的基础。
图1为本发明实施例的运行流程图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例
如图1所示，本发明主要由加载设置AMESim软件生成的电路、液气压模型文件，以及对外接口模块组成。电路、液气压模型主要用于模拟具体的电路、液气压图，模型与实际的图纸对应，分为η个模块,每个模块包含输入输出变量、模拟兀器件的状态、模拟兀器件的故障状态。基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，包括以下步骤在AMESim软件中根据工程机械的电路图或液压图创建自定义元件；根据创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；将建立的电路图或液压图的系统模型加载进仿真系统中，并根据传入的操作数据进行实时仿真。在AMESim软件中根据工程机械的电路图或液压图创建自定义元件具体包括以下步骤根据工程机械的电路图或液压图中元器件功能及其通用图形化表示符号确定每个元件的对外接口和绘制自定义元件的图形符号外观；根据元器件的功能和原理，将元器件转换成一定的逻辑表达式或数学模型，并确定其数学模型涉及到输入输出变量和内部参数；根据获得的元器件逻辑表达式和数学模型，编码并进行逻辑仿真。根据创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型具体包括以下步骤利用创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；将建立的电路图或液压图的系统模型中各元件和相应的子模型进行关联；设置电路图或液压图的系统模型中各个元件的子模型参数，并利用AMESim软件对系统模型进行编译产生可执行文件。将建立的电路图或液压图的系统模型加载进仿真系统中需使用到模型加载设置模块，而根据传入的操作 数据进行实时仿真时需接收网络数据，还需将仿真结果通过网络发出，这时需用到对外接口模块。本实施例的模型加载设置模块的对外接口模块均优选采用C#编程语言，在Microsoft Visual Studio 2010环境下搭建，搭建模型加载设置模块的具体过程为将AMESim在运行模式下产生的所有文件存放在一个指定目录下，在程序中将这个指定目录设置为系统模型的工作目录；在程序中，编写加载系统模型文件与设置系统模型运行参数模块代码。搭建对外接口模块的具体过程为加载系统库文件，并创建调用AMESim软件提供的API的函数；利用所创建的函数来获取模型的仿真结果与设置输入数据；通过网络程序可以与其他系统程序相连。本实施例的仿真系统包括视景系统、接口系统、主控系统及教员系统，其中，视景系统用于负责仿真车辆的外观、物理行为及所处的环境，接口系统用于负责实现车辆的操作界面，主控制系统，用于负责数据的处理，并根据接口系统和视景系统的数据进行系统仿真计算，然后将结果发送给接口系统和视景系统，教员系统用于负责系统管理和学员培训管理。主控系统中存放了车辆的电路液压模型，根据接口系统和视景系统的数据，进行系统仿真计算，然后将结果发送给接口系统和视景系统。本实施例运行时通过AMESim软件提供的标准接口，可以无障碍的与系统模型仿真进行数据交互。通过对外接口模块接受网络发送来的输入改变的数据；然后，将数据作为系统模型仿真的输入，模型加载设置模块加载系统模型运行，系统模型进行仿真计算得到仿真结果；最后通过网络将数据发送至接口系统与视景系统，在接口系统与视景系统中实时的显示，进而获取到模型解算结果。如上所述，则能很好的实现本发明。
权利要求
1.基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1、在AMESim软件中根据工程机械的电路图或液压图创建自定义元件；步骤2、根据创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；步骤3、将步骤2中建立的电路图或液压图的系统模型加载进仿真系统中，并根据传入的操作数据进行实时仿真。
2.根据权利要求1所述的基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，其特征在于，所述步骤I中创建自定义元件具体包括以下步骤步骤1.1、根据工程机械的电路图或液压图中元器件功能及其通用图形化表示符号确定每个元件的对外接口和绘制自定义元件的图形符号外观；步骤1. 2、根据元器件的功能和原理，将元器件转换成一定的逻辑表达式或数学模型， 并确定其数学模型涉及到输入输出变量和内部参数；步骤1. 3、根据步骤1. 2中获得的元器件逻辑表达式和数学模型，编码并进行逻辑仿真。
3.根据权利要求1所述的基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，其特征在于，所述步骤2中建立电路图或液压图的系统模型具体包括以下步骤步骤2.1、利用创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；步骤2. 2、将建立的电路图或液压图的系统模型中各元件和相应的子模型进行关联； 步骤2. 3、设置电路图或液压图的系统模型中各个元件的子模型参数，并利用AMESim 软件对系统模型进行编译产生可执行文件。
4.根据权利要求1所述的基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，其特征在于，所述步骤3还包括创建调用AMESim软件提供的API的函数，并利用创建的函数来获取电路图或液压图系统模型的仿真结果和设置输入数据。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，其特征在于，所述仿真系统包括以下子系统视景系统，用于负责仿真车辆的外观、物理行为及所处的环境；接口系统，用于负责实现车辆的操作界面；主控制系统，用于负责数据的处理，并根据接口系统和视景系统的数据进行系统仿真计算，然后将结果发送给接口系统和视景系统；教员系统，用于负责系统管理和学员培训管理。
全文摘要
本发明公开了基于图形化的工程机械控制逻辑实时仿真建模方法，包括以下步骤在AMESim软件中根据工程机械的电路图或液压图创建自定义元件；根据创建的自定义元件建立电路图或液压图的系统模型；将建立的电路图或液压图的系统模型加载进仿真系统中，并根据传入的操作数据进行实时仿真。本发明利用AMESim软件，搭建一种图形化物理建模平台，使得用户从繁琐的数学模型中解放出来，更好的专注于物理系统本身的设计。本发明设计的模型与实际电路、液压图纸保持一致，具有建模简洁，速度快、元器件故障设置简单、运行调试方便、实时性好等特点。
文档编号G06F17/50GK103049615SQ20121057852
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者何鸿云, 朱金陵, 徐建君 申请人:成都运达科技股份有限公司