發(fā)布時間：2023-04-12 17:44:48
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的虛擬樣機技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
Abstract: In the actual use of artillery, due to the limitations of testing means and ball firing is dangerous, we can not make a good judge on the working condition of reverse recoil device. This paper takes the virtual prototyping technology as the studying means to evaluate the work performance of the reverse recoil device of artillery, to test the credibility of the virtual prototype through the simulation results.
Key words: a certain type of artillery；virtual prototype；establish；verification of the credibility
中圖分類號：E2 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）35-0036-02
0引言
火炮的反后坐裝置被稱為火炮的“心臟”，目前火炮在實際使用過程中，由于測試手段的局限性，而且進行實彈射擊危險性較大，不能很好的判斷反后坐裝置工作是否正常。我們利用虛擬樣機技術對火炮反后坐裝置的工作性能進行評估，通過仿真試驗結果，來檢驗虛擬樣機的可信性。
1虛擬樣機的建立過程
我們在Pro/E的環(huán)境中按照火炮各體的實際尺寸和動力學特性進行實體建模。對組成火炮系統(tǒng)的各體施加約束力。在此基礎上，將實體模型轉換成ADAMS環(huán)境下的具有動力學參數的實體模型[1,2]。Pro/ENGINEER是由美國PTC（參數技術）公司研發(fā)的的三維建模軟件廣泛應用于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航空航天、家電、玩具等行業(yè)，是一個全方位的3D產品開發(fā)軟件[3]。ADAMS是一個動力學分析軟件，它能更好地解決復雜系統(tǒng)的動態(tài)指標參數[4,5]，按照美國MDI公司開發(fā)的通用動力學仿真軟件ADAMS和美國PTC公司的CAD軟件Pro/E作為基本建模工具，兩者之間的接口采用MDI公司開發(fā)的ADAMS與專用接口模塊Mechanism/Pro（簡記為M/Pro）建模的過程如圖1。
本系統(tǒng)需要運用ADAMS作為輔助，結合Fortran語言編制仿真模型的用戶自定義程序。在ADAMS環(huán)境下獲得可以仿真火炮動態(tài)特性的虛擬樣機模型。具體模型如（圖2、3、4）：
2虛擬樣機可信性驗證
由于火炮實彈射擊試驗具有一定的危險性，因此需要專門的試驗場地和多方面的人力保障，而且在試驗過程中需要通過特殊的測試手段、運用專門的儀器設備才能對火炮的各種參數進行測試，以致于試驗成本較高。建立火炮虛擬樣機的過程，是一個不斷建模――驗模――再建模的過程，對于任何仿真試驗結果都應進行試驗驗證，以檢驗其仿真結果的可信度。由于受經費、場地和測試手段等諸多因素的制約，我們選用某型火炮的定型試驗報告提供的火炮測試參數的相關數據和圖表曲線，來考核和檢驗虛擬樣機仿真輸出結果的準確性。火炮進行定型試驗是為了全面檢驗和考核火炮的戰(zhàn)術、技術指標和安全性，通常要對火炮射擊時的各主要狀態(tài)參數進行綜合性測試，而且為保證測試數據的準確性，通常對火炮某一測試項目要進行多次試驗反復測試，所以試驗測試數據既有單發(fā)射擊的圖表曲線，又有多發(fā)射擊試驗數據的統(tǒng)計平均結果，因此運用火炮設計定型試驗的數據結果可以對所建立的火炮虛擬樣機進行更充分、更全面的考核和驗證。
現代火炮采用了反后坐裝置后，其炮身通過反后坐裝置（駐退機和復進機）與炮架彈性相連，火藥氣體作用于炮身產生的腔內壓力Pp t通過駐退機和復進機進行緩沖，因此炮架的受力由原來的炮膛合力Pp t變?yōu)榉春笞b置提供的后坐阻力R。實踐證明反后坐裝置的應用使得炮架實際受力僅為炮膛合力最大值Pptm的幾十分之一。反后坐裝置的作用如此重要而常常被稱為火炮的“心臟”，為此反后坐裝置內的各相關動態(tài)參數已成為衡量火炮動態(tài)性能的重要指標。通?；鹋诘姆治鲇嬎愫驮囼灉y試也都重點考核這些指標參數，所以本文也以這些指標來考核虛擬樣機的準確性。
2.1 反后坐裝置的作用①可以極大地減小火炮射擊時的受力；②將全炮的后坐運動變?yōu)榭煽刂频呐谏硌嘏谏磔S線的后坐運動，并使其射擊后自動恢復到射前位置。
2.2 反后坐裝置的動作原理火炮射擊時，后坐部分的后坐阻力主要由反后坐裝置所提供。反后坐裝置不同于一般的緩沖阻尼器系統(tǒng)，它實際上是一個結構復雜的緩沖阻尼裝置，通過改變流液漏口的面積改變后坐阻力，使其滿足一定規(guī)律而達到有效控制后坐運動和受力的目的。后坐開始時，駐退機內液體在工作腔分流為兩股液流，一股經節(jié)制桿與節(jié)制環(huán)之間的環(huán)形漏口流向非工作腔，另一股由駐退桿內壁與節(jié)制桿之間的環(huán)形通道，經調速筒流入內腔。由于駐退桿不斷抽出，駐退機外腔的液流在活塞壓強作用下分別流向駐退機非工作腔和內腔。為保證火炮在整個后坐行程上全程制動，駐退機內腔始終充滿液體，其壓強p2>0。在對駐退機進行試驗測試時，主要測試駐退桿外腔和內腔的壓強，針對復進機的測試也主要測試其腔內氣體壓強。
后坐部分復進時，駐退機內腔壓強p2>0，內腔液體在其作用下流回外腔。由于真空的存在，駐退機非工作腔在復進開始一段距離內壓強為零，只有內腔液體存在壓強，復進時駐退機內腔的壓強對反后坐裝置的影響也很大，在試驗鑒定時也作為一個測試項目。復進機的作用是在后坐過程中提供后坐阻力和在復進過程中提供復進動力。在后坐開始時，復進機腔內氣體壓強不為零，之后隨后坐行程增加而逐漸增大，至后坐終止時腔內氣體壓強達到最大，在復進時其腔內氣體壓強與后坐時一致。因此，測試復進機內氣體壓強時只對后坐時的情況進行測試。
2.3 虛擬樣機仿真數據的可信性分析反后坐裝置使火炮由剛性后坐變?yōu)閺椥院笞?，并貯存后坐能量，使后坐部分在后坐終止后可以轉為復進。反后坐裝置之所以稱為“火炮的心臟”，是由于該裝置的可靠性將直接影響整個火炮工作性能，甚至使整個火炮喪失工作能力。因此，在火炮設計定型試驗時，將反后坐裝置作為試驗測試的重點，針對反后坐裝置的測試項目，主要包括駐退機內外腔壓強、復進機腔內壓強、后坐速度和復進速度等，進而通過求得最大后坐阻力，來檢驗反后坐裝置的功能是否滿足給定的指標要求。綜上所述，利用定型試驗數據驗證所建火炮虛擬樣機的真實性是可行的。
2.4 虛擬樣機仿真數據與定型試驗數據對比本文選擇對某型火炮的仿真結果與試驗數據結果進行對比驗證，各項目的試驗測試曲線如圖5所示，其中：p1為后坐時駐退機外腔壓強；p2為后坐時駐退機內腔壓強；p′2為復進時駐退機內腔壓強；v為后坐速度；v′為復進速度；pΠ為后坐時復進機腔內氣體壓強；R為后坐阻力；t為后坐時間；t′復進時間。本文選擇與定型試驗一致的試驗條件，充分利用并對照定型試驗的測試項目，對各測試項目進行虛擬樣機仿真?；鹋谏鋼舫跏紬l件為0°射角、全裝藥、底盤著地射擊，駐退機和復進機中的有關數據來源于火炮設計說明書，各結構尺寸存在一定公差范圍，本文均采用其標稱尺寸。
2.5 由數據對比表得出結論
2.5.1 復進機壓強是后坐位移的函數，其值基本與試驗數據相符；
2.5.2 后坐和復進速度、后坐阻力值及變化趨勢與仿真曲線基本相符；
2.5.3 對于后坐時內腔的壓強，利用伯努利方程可以求得內、外腔壓強和液體流速的關系：p1-p2V（1）
其中，p1為外腔壓強，p2為內腔壓強，其它符號含義見文獻[6]。
由式（1）可知，駐退機內腔壓強與外腔壓強的基本趨勢一致，隨著后坐速度降低，二者壓強差別逐漸變小。
2.5.4 駐退機的內、外腔壓強在出現峰值的時機與仿真數據曲線有所不同，導致結果不同的原因可能是在虛擬樣機仿真時，雖然我們在制作各部件的時候采用的尺寸數據為標稱值，但是實際加工的部件存在一定的誤差，從數據結果看，制作的節(jié)制桿直徑有一定誤差，導致流液口面積的變化。對于復進時內腔的壓強，真空消失過程不是一個突變的過程，而是一個漸近的過程，因此在非工作腔產生一定的壓強，然而理論上認為復進真空消失之前，非工作腔不提供壓強，從而導致在復進開始段仿真得到的壓強值稍大。
虛擬樣機仿真曲線與試驗測試數據相比雖有一定誤差，但基本與試驗數據相吻合。宏觀而言，后坐和復進速度的基本趨勢與試驗數據一致，最大后坐阻力基本規(guī)律一致，說明了所建虛擬樣機的正確性，利用該虛擬樣機對火炮宏觀動力學特性進行研究是可信的，所建虛擬樣機模型是滿足工程上應用的。
參考文獻：
[1]杜中華．基于ADAMS的某型炮閂系統(tǒng)動力學仿真研究[D]．石家莊：軍械工程學院碩士學位論文，2001.
[2]杜中華，薛德慶，趙迎紅．Pro/E和ADAMS傳遞過程中若干問題的討論[J]．機械與電子，2003, (2): 68-70.
[3]劉竹清．Pro/E Wildfire入門與提高實用教程[M]．北京：中國鐵道出版社，2003.
[4]李軍，邢俊文，覃文潔等．ADAMS實例教程[M]．北京：北京理工大學出版社，2002.
[關鍵詞]大型游樂設施；虛擬仿真分析；方法
中圖分類號：X922.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0172-01
一、虛擬樣機技術簡介和AOAMS軟件功能分析
利用虛擬樣機技術可代替物理樣機對產品進行創(chuàng)新設計、測試和評估，縮短開發(fā)周期，降低成本，改進產品設計質量，提高面向客戶與市場需求的能力。虛擬樣機技術的發(fā)展有賴于以下幾項技術的發(fā)展和進步。
（一）智能技術
CAD技術的出現是產品設計歷史上的一個里程碑，它在很大程度上縮短了產品設計的周期，減少了設計人員的工作量，但現有的CAD技術注重于外形細節(jié)設計行為，卻忽略了產品概念信息的描述，實際上，設計人員總是先考慮產品的功能，然后才設計出產品的外形。因此，對虛擬樣機技術來說，產品描述應是超越幾何性的。由于虛擬樣機技術對概念設計的要求，智能設計技術需要將用于概念設計的分析工具（如有限元分析，快速成型等）、計算機輔助概念設計和CAD技術有機的集成起來，支持產品幾何定形前的功能規(guī)劃和計算，通過分析這種幕后的功能計算，虛擬樣機系統(tǒng)指導設計者怎樣將幾何形狀轉化為易于裝配的，滿足功能要求的、具有合適工藝的設計圖形。
（二）并行工程
并行工程是集成各種技術，并行設計產品及相關過程的一種系統(tǒng)方法，同步實現設計、分析評估、制造、裝配、核算和管理，它要求產品開發(fā)人員從一開始就考慮到產品整個生命周期的所有因素（質量，成本，工藝，結構，性能等），且要求實現計算機網絡環(huán)境下的協(xié)同工作。
（三）仿真工程
對于虛擬樣機系統(tǒng)來說，必須有一套能很有效支持可制造性分析的產品、工藝和生產系統(tǒng)模型，產品模型必須能夠管理與制造加工有關的數據（如形位公差等）；工藝模型包括統(tǒng)計分析，計算機工藝仿真，制造數據庫和制造規(guī)則庫等；生產系統(tǒng)模型包括系統(tǒng)生產能力和生產特性的描述及系統(tǒng)動態(tài)行為和特性的描述，虛擬樣機系統(tǒng)需要對上述模型進行數字化仿真和可視化，以對產品設計、工藝設計進行評估和優(yōu)化。
（四）網絡技術
在網絡上進行分布式設計與制造是虛擬企業(yè)的生產方式。利用分布式設計與制造，可以實時的決定合作廠家，實現異地產品設計和制造，不僅節(jié)約了時間，而且由于分布節(jié)點之間的關系建立在一種全面合作和開放式體系的基礎上，所以有利于設計、規(guī)劃和處理問題。
二、旋轉秋千虛擬樣機模型的建立
（一）旋轉秋千虛擬樣機模型的建立原則
在ADAMS建模之前，必須對實際的旋轉秋千樣機模型進行簡化。這樣不但可以節(jié)省大量的建模時間。也可以保證ADAMS的仿真分析過程能夠順利進行。同時，由于ADAMS在進行運動學、動力學分析時，只考慮零件的質心和質量，對零件的外部形狀不予考慮，因此在模型中精確地描述出復雜的零件外形，并沒有多大的實際意義。當然零件形狀描述得越準確，ADAMS自動求算的零件質量和質心的位置也就越精確。前面我們說過，建立復雜的模型并不是ADAMS的特長，如果模型的外形很復雜，又想得到比較準確的質量和質心，可以在其他的三維軟件中建立好，然后通過ADAMS/Exchange導入ADAMS中，這些三維軟件有pro/EUG等。這里建立模型遵循以下原則：首先，根據運動副對模型進行簡化，各個零件之間的運動副要表示清楚。其次，在不影響視覺效果的前提下，模型的外形應盡量簡化。最后，多個零件固接時，可以只用一個零件表示。以節(jié)省運動副數量。因為運動鏈越長，計算誤差越大。
（二）底盤、立柱和頂盤模型的建立
由于旋轉秋千的實體中底盤、立柱和頂盤這幾部分經簡化后結構比較簡單，因此可以用ADAMS提供的基本建模工具進行建模。為方便起見，我們這樣設置坐標系，x-Z平面代表水平地面，鉛錘高度方向用y表示。旋轉秋千實體中幾個主要部分的模型尺寸：底盤：R=2.Om，L=0.5m立柱：R=0.5m，L=10.Om頂盤：R=5.0m，L=0.5m由于底盤、立柱和頂盤這三個主要部件經簡化后為圓柱結構，因此可以采用ADMAS/View基本形體圖庫中的圓柱體（Cylinder）命令直接建立。為保證將來數據更為直觀，將底盤的底面圓心坐標設置在（0.0，-0.5。0.0）點。將三部分模型外觀建立好之后，應該對模型施加必要的約束，使模型按照實際的情況連接。按照旋轉秋千的結構，需要做以下三處約束：1、底盤與地面。實際情況中底盤一般都是一部分在地面以下，另一部分伸出地面。這里我們在底盤與地面之間施加一個固定副（Fixed），將二者固定在一起，這樣就限制它們之間所有的旋轉自由度和移動自由度。2、立柱與誰盤：立柱主要起到支撐整個裝置的作用，它與底盤也是相對固定的，因此也采用固定副連接。3、頂盤與立柱。頂盤是整個裝置的旋轉部分，它是在電機的驅動下以立柱為回轉軸進行回轉的，因此它與立柱之間要設置鉸接副。鉸接副限制了2個旋轉自由度和3個移動自由度，這樣保證了頂盤只能在x-Z平面內作回轉運動。
（三）鋼絲繩索模型的建立
1、鋼絲繩索的建模思想
鋼絲繩索的建模是旋轉秋千建模的主要難點之一。鋼絲繩索可以承受較大的拉力，抗彎能力很弱，具有較大的柔性，在工作過程中，鋼絲繩索一直在不停的運動，產生較大的變形。為了能夠反映繩索的動態(tài)響應和柔性，可以將鋼絲繩索用很多相互連接的圓柱單元來表示。單元長度取決于運算規(guī)模的限制和相應的動態(tài)頻率。通過合理設計單元之間的連接關系，等效仿真鋼絲繩索。在本課題的分析中，在頂盤圓周上均布了12根繩索。根據裝置的整體尺寸和立柱的高度，每根繩索為9m。因此我們將圓柱單元的長度取為0.3m，半徑取為0，OO5m，總共設置了360個圓柱單元。經過比較，圓柱單元采用球鉸模型進行連接。圖 1-1中這種球鉸連接模型約束了x-Y-z三個方向的移動自由度，使兩個單元在連接處沒有相對位移。由此可知，這種連接模型忽略了鋼絲繩索受力后的拉伸變形；另外，它具有三個轉動自由度，連接的兩個單元可以在X、Y、Z方向產生自由的相對旋轉，以實現繩索較大柔性彎曲和扭轉變形的效果
2、宏命令簡介
宏，簡單來說，就是用戶自己生成的一個命令。用戶可以按照ADAMS八1ew的命令格式來編寫宏，AADMS/View像處理其他命令一樣處理宏，您可以在命令窗口中執(zhí)行宏，也可以在宏中使用其它的宏，或在用戶自己的用戶化菜單、對話窗和按鈕中調用宏。在宏中用戶可以使用參數。這有助于用戶在每次調用宏時加上數據，宏在執(zhí)行時自動進行替換。三、自定義鋼絲繩索宏命令由于鋼絲繩索模型中總共設置了360個圓柱單元。為了便于建立模型和修改模型，我們采用自定義宏命令的方法來建立模型。該模型的鋼絲繩索宏命令子程序具有一定的通用性。只要根據要求對此程序進行簡單的修改，就可以應用在其他種類的鋼絲繩索模型的建立。
三、結語
綜上所述，運用虛擬樣機技術，可以大大簡化機械系統(tǒng)的設計分析過程，大幅度縮短實北京化工大學碩士學位論文驗研究周期，大量減少研究開發(fā)費用和成本，明顯提高產品質量，提高產品的系統(tǒng)及性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設計產品，并且有足夠的分析精度，對于大型游樂設施的設計與優(yōu)化具有明顯的促進作用。
參考文獻
關鍵詞：兩棲機器人；優(yōu)化；仿真；動態(tài)分析
在現代戰(zhàn)爭中，水域作戰(zhàn)是海洋軍隊的一塊重要領域。在作戰(zhàn)中，經常遇到水障礙，目前通過水障礙的方法有很多，例如，在河上建立一座橋梁，或者浮渡，或者直接涉水過河等。其中浮渡是最有效的一種方式，通過浮渡，機械化部隊不需要花費太多時間成本和財物成本，甚至不需要考慮氣候條件，時間因素等。
作為浮渡的主要工具---水陸兩棲車輛，因其具有不可預測性與靈活性，作戰(zhàn)時，在一定程度上能起到決定性的作用。因此，在搶灘登陸戰(zhàn)中越來越受到廣泛的關注。近些年，很多國家都在研究水陸兩棲車輛，研究如何將水陸兩棲車輛更有效地投入到戰(zhàn)斗中使用。
目前，大多數水陸兩棲車在進入水中之后，輪胎懸掛在車底下，受到水的阻力，從而限制了兩棲車在水中的行駛速度。因此，如何消減輪胎對行駛速度的影響，成為水陸兩棲車輛的一大核心研究問題。針對這個問題，此論文設計了一個能將輪胎收回的機構。從而減少輪胎懸掛時對行進速度的影響。
一、水陸兩棲汽車輪胎收回機構的結構形式及其工作原理
如圖1.1所示，圖中43處連接輪胎，連接差速器6 把動力通過動力輸出裝置7傳給轉動軸10，然后帶動輪胎旋轉。動力源通過管29傳遞到液壓缸28，液壓缸28通過桿27將轉動傳遞到主傳動軸26，主傳動軸26兩端分別連接桿27及下支桿12，下支桿12一端通過銷釘連接到車體2上，另一端通過銷釘與支架16底端相連，支架16上端通過銷釘20與上支桿11相連，上支架11通過銷釘22與車體2相連。[1，2]
因此，當液壓缸輸出動力通過主傳動軸26帶動上下支桿將支架16抬起。從而起到把輪胎收回的目的。
為便于分析，先簡化模型，根據立體模型，利用ADAMS軟件創(chuàng)建一個同等功能的平面模型，以點5為原點，液壓缸初始位是豎直的，起到抬起作用的主要部件是支架2、上支桿3、下支桿8 及液壓缸4，之后添加約束，創(chuàng)建變量點。如圖1.2所示。由于變量點一要與液壓缸4保持豎直，所以其X值固定為-250。
車體參數：車重1500KG，載重 500KG，輪胎抬起高度500～700mm， 輪胎最高處傾斜角度450～600。
二、兩棲汽車輪胎收回機構的優(yōu)化設計及分析
對模型進行運動學仿真分析，主要進行抬起試驗仿真。進行抬起試驗驗證所建立的模型是否正確并進行優(yōu)化設計。根據仿真分析，得到最優(yōu)化的尺寸。在本設計中，我們所要得到的是液壓缸所承受的最小力量，所以，測量部件就為液壓缸。設置好后利用ADAMS軟件進行模擬仿真，當仿真結束之后，能得出每一次仿真的受力曲線圖，如圖2.1所示，同時會得出一個列表，在該列表中能清晰反應出每次仿真時的最大受力及每個變量點的值，如圖2.2所示
該表也會綜合比較出所有仿真值中的最大值及最小值及各值所在的仿真次序。在此輪仿真中，最小受力是在第25次仿真中得出的，其值是3316.4N。查詢數據可知第25次仿真時各數值如下：
力值： 3316.4；DV_1： -126.00；DV_2： -270.00；DV_3： 165.00； DV_4： -517.00； DV_5： 81.000。
所以，取在第25次仿真得到的數值，即取變量點一的坐標為（-250，-126）；變量點二的坐標為（-270，165）；變量點三的坐標為（-517，81）。最終確定的結構系統(tǒng)如圖2.3
三、液壓缸的計算與選擇
計算液壓缸的主要結構尺寸
液壓缸主要設計參數見圖3.1，a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，b為活塞桿工作在受拉狀態(tài)。
液壓缸的缸筒內徑D是根據負載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入的流量，經過計算之后，再從GB/T 2348―1993（見表3.1）標準中選取最近的標準值而得出D為63mm合適。
一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為
A1=（F+ P2A2）/P1
運用上式須事先確定A1與A2的關系，或是活塞桿直徑d與活塞直徑D的關系，這個可按表3.2來選取d/D。再按表3.3圓整。
本設計選擇的工作壓力P=1.2MPa
即D=63mm d=32mm
液壓缸的行程則由上章中可知為 L=70-（-126）=196 mm
計算液壓缸工作時所需流量Q
Q=v×A=v×πD2/4=0.01×3.14×0.0632/4=0.0000312m3=31.2 ml
綜上，可選用型號為HSJ-63/32200 最大壓力為1.2MPa的液壓缸。[3，4]
結論與展望
如今虛擬樣機技術在主要的工業(yè)領域（通用機械、汽車、航空、機械電子等）得到了廣泛的運用，它融合了現代信息技術、先進仿真技術和先進制造技術，將這些技術應用于復雜系統(tǒng)全生命周期和全系統(tǒng)并對它們進行綜合管理，從系統(tǒng)的層面來分析復雜系統(tǒng)，支持由上至下的復雜系統(tǒng)開發(fā)模式，利用虛擬樣機代替物理樣機對產品進行創(chuàng)新設計測試和評估，以縮短產品開發(fā)周期，降低產品開發(fā)成本，改進產品設計質量，提高面向客戶與市場需要的能力。
本文仿真研究結果表明，運用虛擬樣機技術對水陸兩棲汽車輪胎收回機構進行動力學仿真分析可以很好的將機構的各種工況較為真實的反映出來，是一種可行的分析手段，同時也證明使用該項技術為水陸兩棲車的設計和實驗提供較重要的參考數據，可以大大縮短整機系統(tǒng)的設計周期，節(jié)約研制經費。
但是由于水陸兩棲車是處于一種新型的產品，雖然在德國有了這種產品，但由于所有真實數據尚處于軍事機密當中，該設計只是通過幾張實物照片及專利文獻來進行模仿研究設計，因此，本文可能會存在一些不足之處，期望有同行校正。
參考文獻
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[3] 邱宣懷主編.機械設計.第4版. 北京：高等教育出版社，1997.
論文摘要：介紹了構建交互式農田虛擬現實場景的關鍵技術 ，利用VRML技術設計了交互式農田虛擬現實的場景環(huán)境原型，詳述了模型開發(fā)過程中的建模 、轉換 、裝飾和交互等關鍵技術。用戶可以直接與農田虛擬現實場景中的農作物 地塊和道路等事物交互，產生身臨其境的效果，從而使用戶在虛擬空間中得到與自然世界同樣的感受，并為農業(yè)裝備的虛擬試驗提供了接口和場景空間。
0 引言
眾所周知，大田糧食作物的生產具有明顯的季節(jié)性特征。新的農業(yè)裝備研制開發(fā)出來后，如果沒有正好趕到使用的季節(jié)，研究者就很有可能需要等到下一季才能夠實地試驗檢測裝備的各項指標，而且很有可能在實地試驗后需要對農業(yè)裝備做進一步的改進，因此可能要再等到下一季才能夠安排測試。這樣的情形長期以來一直制約著農業(yè)裝備的研發(fā)速度和周期，嚴重妨礙了國家農業(yè)裝備的更新?lián)Q代和創(chuàng)新水平的提升。隨著計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展和光機電液一體化技術的巨大進步，開發(fā)全天候、高度模擬真實大田作業(yè)環(huán)境和農作物長勢的、可以完全替代季節(jié)性田間試驗的農田虛擬場景及其農業(yè)裝備虛擬試驗系統(tǒng)，受到了國內外學者的廣泛重視和研究。在車輛和部分農業(yè)裝備的室內試驗中，基于虛擬場景的虛擬試驗研究 已取得 了良好的效果。
美國MDI公司開發(fā)的ADAMS軟件是構造產品虛擬原型的一個很好的平臺，利用其中的 CAR模塊 ，工程師可以快速建造高精度的整車虛擬樣機 (包括車身、懸架、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機、轉 向機構和制動系統(tǒng)等)，并進行仿真，通過高速動畫直觀地顯示在各種試驗工況下整車動力學響應，輸出標志操縱穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數 ，從而減少對物理樣 機 的依賴。VTL(Virtual Test Lab)系統(tǒng) 是由美國 MTS(Mechanical Test System)公司研制的虛擬試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)在產品或部件上安裝虛擬傳感器并將虛擬原型安裝在不同的試驗環(huán)境中，一旦虛擬模型確定 ，可以反復進行試驗，并根據虛擬試驗結果對設計進行反復修改，從而獲得最佳設計方案。
就國內來講，吉林大學汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室對汽車防抱制動系統(tǒng)(ABS)混合仿真試驗臺進行了系統(tǒng)分析 ；喬彬和李尚萍等對甘蔗收獲機械智能收獲系統(tǒng)虛擬試驗平臺進行了研究；王鳴和劉喜昂等研究了基于 VRML的虛擬試驗系統(tǒng)；趙明和劉春光等開展了VRML在電傳動裝甲車輛虛擬試驗 中的應用研究；周鵬等對潛土逆轉旋耕刀的重構及拋土問題進行了虛擬試驗的研究；陸林等開展了基于 ADAMS的油菜收割機清選裝置仿真與試驗研究，利用虛擬樣機軟件 ADAMS對收割機的清選裝置進行三維實體建模在此基礎上對清選裝置進行了清選過程仿真和虛擬試驗。關于虛擬 場景 的建立 ，國內眾 多研究者就VRML技術在遠程教育、道路、地理環(huán)境三維漫游和交互式設備虛擬裝配等方面的應用問題展開了廣泛 的研究。結合農業(yè)裝備虛擬試驗的需要，本文就交互式農田三維虛擬場景構建的關鍵技術與過程進行研究。
1 VRML簡介
虛擬 建模 語 言 VRML(Virtual Reality ModelingLanguage)是最近幾年才興起的一門新型語言，它可以通過創(chuàng)建一個虛擬場景而達到現實中的效果。VRML支持三維動畫，其實時交互功能大大克服了原來互聯(lián)網上單調和交互性較差的弱點，從而創(chuàng)建一個全新 的可進入和可參與的三維立體虛擬現實世界。
VRML是一種描述語言標準，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言，它的基本原理包括 ：文本描述、遠程傳輸和本地計算生成。VRML描述的虛擬場景由多種場景對象構成 ，對象及其屬性用節(jié)點(node) 描述，節(jié)點按照一定規(guī)則構成場景圖(SceneGraph)。場景圖中的一類節(jié)點用于從視覺和聽覺角度表現對象，它們按照層次體系組織起來，反映了場景的空間結構；另一類節(jié)點參與事件產生和路由機制，形成路由圖(RouteGraph)，確定場景隨時問的推移如何動態(tài)變化。因此，VRML是以節(jié)點和事件路由為基本組成要素，來描述三維對象和交互行為，經過瀏覽器解釋執(zhí)行后，用戶就可感受到一個有聲有色的虛擬世界。
VRML虛擬現實建模語言用來創(chuàng)建逼真的三維虛擬場景 。它改變 了網絡上2D畫面的狀態(tài)，并能實現3D動畫效果 ，特別是改變了當前網絡與用戶交互的局限性，使得人機交互更加方便與靈活，使虛擬世界的真實性 、交互性 和 動態(tài)性得到了更充分的體現。在VRML建立的虛擬場景中，用戶可以直接與場景中的事物交互，產生身臨其境的效果 ，從而使人在虛擬場景中得到與自然世界同樣的感受。
2 虛擬農田場景的設計
2．1 建立虛擬場景應用背景
虛擬現實農 田場景設計是利用人造景觀和自然景觀相結合，為檢測農機作業(yè)機組在農 田中的工作性能、減小能耗、提高功效以及檢測關鍵部件的工作性能提供一個實用的軟件開發(fā)試驗平臺。例如 ，通過與虛擬現實農田場景的交互，就可以不受季節(jié)限制，完成對收獲機割臺工作性能的測試，掌握其動力消耗、損失率和傳動配合等情況，進而測試整機設計方案的合理性。虛擬現實農田場景設計針對農 田路況 、農作物布局和行走作業(yè)機組進行虛擬仿真，創(chuàng)造出逼真的三維立體場景 。
2．2 虛擬現實農田場景設計
虛擬現實農 田場景設計是利用虛擬現實程序設計語言進行軟件的設計開發(fā)，使虛擬農田場景與現實農田場景融合，從而創(chuàng)建出逼真的三維立體農田場景。虛擬現實農 田場景包括玉米地、土地、人行道和行走車輛等。在虛擬現實農田中，可以體驗虛擬世界給人們帶來的現實無法比擬的感受。
虛擬現實農 田場景軟件設計，是利用先進的漸進式軟件開發(fā)模式對虛擬現實農田場景進行需求分析、設計和編碼 ，包括路面設計 、人行道設計 、作物設計和車輛設計等。設計采用模塊化和組建化設計思想，開發(fā)設計層次清晰、結構合理的虛擬現實農田場景。虛擬現實農田場景設計的層次結構如圖 1所示。
2．3 農田三維源數據獲取
農田三維源數據多種多樣，主要有地形圖、專題地圖、衛(wèi)星影像、航空相片和現有的數據文件以及相應的海量屬性數據等，包含等高線、高程點、溝渠、田間道路 、田埂、植被類型、農作物等圖層或數據類型。不同格式的源數據的采集獲取方式也不同，主要包括全野外數字測圖、地形圖數字化和數字攝影測量等。
2．3．1 農田三維地理對象建立
對于大范圍農 田地形數據，采用內聯(lián) VRML文件，將整個復雜的地形分為幾個部分，每一部分用一個相應的 VRML文件創(chuàng)建，最后用 Inline節(jié)點將這幾部分的VRML文件集合到一個 VRML文件中，得到整個地形模型。對于田埂、溝坡、田邊樹木和溝渠等農田設施，需要單獨三維建模。建模時，將其分為點、線狀地物和面狀地物，以便分別建模描述表達?？梢赃x用 Auto CAD，3DS MAX，ISB(Intemet Space Builder)等作為三維模型的開發(fā)工具，然后通過文件轉換工具轉換成．wrl文件。為營造出真實農田環(huán)境的氛圍，在戶外用數碼相機采集農作物真實紋理，并進行適當的處理，得到理想的材質圖片。
采用 VrmlPad編輯器來對 VRML文件編輯。Vrm1．Pad編輯器在編寫 VRML文件時，除具有一般 的文本編輯功能外，還可以提示選擇 VRML語言的關鍵字，而且用戶定義的節(jié)點名和事件名等會 自動地動態(tài)加入關鍵字庫 中，參與提示選擇，編程人員無需記憶VRML眾多的關鍵字。VrmlPad編輯器支持打開文件時的預覽，支持對節(jié)點效果的預覽和整體場景預覽。通過對 VrmlPad編輯器中瀏覽器控制按鈕的選擇 ，用戶可以從不同角度觀看場景。
2．3．3 交互式場景的實現
VRML場景沒有地面屬性，行進中的拖拉機難以感知當前路面狀況，如土壤的堅實度 、空隙率、密度和土壤應力等，給虛擬試驗 帶來 了諸 多不便。根據VRML的事件驅動機制和 Script編程技術，在場景開發(fā)中進行了場景地面信息的列表，給出了不同地面坐標下的地面屬性(主要包括路面介質參數或坡度等)。場景運行 中，通過編程節(jié)點實時采集當前車輛坐標，并調用地面信息列表，將地面屬性反饋給仿真模型，以實時調整仿真參數和運行姿態(tài)。
2．3．4 虛擬現實農 田場景源程序
虛擬現實農田場景設計，利用虛擬現實程序設計語言中的基本幾何節(jié)點、復雜節(jié)點和動態(tài)感知節(jié)點進行開發(fā)設計，包括背景節(jié)點、視角節(jié)點、節(jié)坐標變換節(jié)點、內聯(lián)節(jié)點、組節(jié)點 、重定義節(jié)點、重用節(jié)點、面節(jié)點、時間傳感器節(jié)點、動態(tài)插補器節(jié)點、事件和路 由等，并利用內聯(lián)節(jié)點實現子程序調用，并實現模塊化和組件化設計。該設計利用動態(tài)插補器節(jié)點設計行駛的車輛景更加逼真、生動和鮮活。
在建立農 田虛擬場景時，要求無論場景怎么移動，農作物始終面向瀏覽者，所以在建立農作物場景時引用了布告牌節(jié)點 (Billboard)。在 Billboard節(jié)點中，通過對域值 axisOfRotation的設定，使 Billboard自動地以其局部坐標系的z軸圍繞旋轉，從而保證布告牌造型始終面向瀏覽者。通過引用坐標變換節(jié)點(transform)，可以完成對多個農作物的導人。利用改變該節(jié)點中 translation的值以及引用 inline節(jié)點，可逐個導入農作物，從而構建整個農田場景。構建農 田場景的程序代碼由于篇幅所限從略。用 VRML語言設計的虛擬農田場景如圖2所示。
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關鍵詞 載荷傳感器、有限元、疲勞壽命
1引言
疲勞破壞是工程結構和機械失效的主要原因之一。統(tǒng)計結果表明，在各種機械斷裂事故中，大約有50%～90%是由疲勞失效引起的。
FEM被英國人納入其標準，作為結構應力疲勞分析的有效方法，文獻表明，FEM已經成為一種在疲勞特性分析方面非常有價值的工具。1998年8月，謝菲德爾大學的X.B.Lin和R.A.Smith提出了一種精確的基于有限元的疲勞壽命計算方法，2001年6月馬里博爾大學S.Glodez和J.Kramberger利用有限元進行了裂紋擴展模擬。目前FEM主要在一些比較大的企業(yè)被應用，如航天公司、汽車制造公司等均采用了該技術，并擁有許多成功案例。
載荷傳感器是一種用于測試抽油機光桿載荷與位移的儀器，通過分析其測試數據可以判斷井下設備故障和產液量計算等，是油田廣泛采用的測試儀器之一。該儀器被安裝在抽油機的懸繩器上，采用應變片測量載荷，加速度傳感器測量位移。由于該儀器受交變應力作用，且24小時不停地工作，因此有必要計算其疲勞壽命。
2分析策略與關鍵問題
如圖1所示，本文的分析策略是：先通過有限元分析獲得單位載荷下載荷傳感器的應力分布，然后根據現場測試所得數據轉換成疲勞分析軟件所需要的載荷時間歷程，采用準靜態(tài)法將應力與載荷時間歷程在MSC.FATIGUE中關聯(lián)后獲得應力時間歷程，最后根據名義應力法計算出疲勞壽命。本文的關鍵技術是獲取應力與時間歷程和疲勞分析所需要的載荷譜。
3應力與時間歷程的獲取
（1）危險構件及應力分布
載荷傳感器工作時，其U型口卡在光桿上，彈性體上端面和儀器下端面固定在懸繩器上，單個彈性體工作載荷一般不超過47KN。本文采用ANSYS進行應力分析，彈性體載荷為1KN，由于載荷傳感器結構對稱，由兩個彈性體承載，為節(jié)約計算時間，本文采用對稱建模，計算時在對稱面施加對稱約束。雖然最大應力發(fā)生在彈性體上，但殼體材料（ZL101）的許用應力和疲勞極限強度要遠小于彈性體的材料（50CrVA），因此，本文將殼體視為危險構件，主要計算殼體的疲勞壽命。
（2）疲勞分析所需載荷譜
5疲勞壽命計算
最后根據上述所得數據，導入到MSC.FATIGUE中，計算得出載荷傳感器的疲勞極限分布圖，計算結果表明殼體在一個周期載荷作用下至少可以承受2.175×106次循環(huán)加載，滿足設計要求。
6結論
本文采用有限元分析軟件Ansys計算出載荷傳感器在單位載荷作用下的應力分布，根據現場測試所得數據，利用MSC.FATIGUE中PTIME編輯器獲取載荷譜，最后計算出載荷傳感器的疲勞壽命，為工程應用提供借鑒。
參考文獻：
論文摘要： 在分析專用數字仿真計算機的特點的基礎上提出半實物仿真對仿真計算機和實時網絡的需求，并且介紹相關技術的新進展。實踐證明仿真工作站和實時網絡方案是完全可以滿足仿真發(fā)展需求的。
作為信息技術核心的計算機技術自其誕生之日起經歷了50多年的發(fā)展，以廣泛應用于國民經濟和社會生活中。而作為計算機技術重要組成部分的計算機三維視景仿真技術，因其有效性、經濟性、安全性、直觀性等特點而受到廣泛的應用。它是在計算機圖形學基礎上發(fā)展起來的一種仿真應用技術。
據最新統(tǒng)計資料表明，計算機仿真技術是當前應用最廣泛的實用技術之一，虛擬現實（VR，Virtual Reality）是計算機世界最熱門的一個詞匯。視景仿真技術是計算機仿真技術的重要分支，是計算機技術、圖形圖像處理與生成技術、多媒體技術、信息合成技術、顯示技術等諸多高新技術的綜合運用。
1 專用數字仿真計算機的特點
1.1 仿真計算機的用途和發(fā)展
圍繞著對仿真計算機的計算速度、內存容量、接口等基本特性要求，在半實物仿真系統(tǒng)中先后采用了模擬計算機、數?；旌嫌嬎銠C、專用數字仿真計算機等類型的仿真計算機。尤其是以AD100及國產YF-2為代表的專用數字仿真計算機在國內、外的一些制導武器半實物仿真系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
1.2 專用數字仿真計算機的優(yōu)點
以AD100及國產YF-2為代表的專用數字仿真計算機主要優(yōu)點有：
① 采用異構同步并行多處理機、廣播式數據總線方案解決了計算速度和存儲容量問題；② 設計專用仿真語言，該語言簡潔、編程方便，而且還集成了常用的數值積分算法模塊，方便使用，同時還能夠實現精確仿真計算幀時的定時；③ 提供高速A/D、D/A接口，開關量輸入輸出接口及數字量（DPM）等接口形式，實現仿真計算機同仿真系統(tǒng)的連接。
1.3 專用仿真計算機存在的不足
① 數字接口能力不足：該型仿真計算機雖然提供了較全面的接口形式，但主要還是以模擬量接口為主，數字接口僅能適用幾種非主流總線形式（Q-bus等），而且在傳輸距離、傳輸速度等方面性能不佳，數字接口能力不足；② 維護性不方便：這類專用數字仿真計算機采用專用設計結構，與通用計算機有著較大的差別，硬件維護和軟件管理需要配置專人，而且出現故障不象通用計算機那樣容易替換，易影響試驗進度。從人力資源配置和快速維護性上看有不足之處。
1.4 仿真計算機的新要求
隨著仿真系統(tǒng)間的信息交換已開始轉入以數字信號為主，專用數字仿真計算機在數字接口方面能力的不足就顯示出來了。仿真設備控制、管理使用的計算機都是通用型的微機（含工控機），應用廣泛且有著豐富的應用軟件和接口形式，各種高速數字接口各具特色。因此系統(tǒng)應用的關鍵是迫切需要找到一個仿真計算機的新方案，既能保持專用數字仿真計算機的優(yōu)點又能滿足高速實時數字接口的需求。這個需求就是對航空制導武器半實物仿真系統(tǒng)中仿真計算機的新要求。
2 仿真計算機和實時網絡技術的新發(fā)展
2.1 實時網絡技術
高速數字接口的形式雖然很多，但在仿真系統(tǒng)中的應用還要考慮到系統(tǒng)中信息的共用性，即多個設備共用某些信息。如對目標信息來說，目標特征信號生成裝置、目標運動仿真器、數據鏈傳輸仿真設備都要用。這是因為系統(tǒng)本身復雜，信息交換多和相應仿真系統(tǒng)設備規(guī)模大，耦合多。
考慮到仿真系統(tǒng)信息共用性特點，那些點對點的接口形式不易采用，而網絡式、廣播式的接口形式更容易滿足要求。同時半實物仿真系統(tǒng)信息交換還要求各信息節(jié)點的信息要同步更新，換句話說，就是信息傳輸延遲要小。
經過綜合比較分析，光纖反射內存影射式實時網絡（RT-net）比較符合半實物仿真系統(tǒng)的技術要求。它們的共同特點是利用映射式的信息傳送方法，某一節(jié)點的內容自動映射到所有節(jié)點， 這種映射是由硬件完成的，系統(tǒng)延遲小。高速、延遲小和信息更新同步的特點適合仿真的需要。這種網絡一般有兩種拓撲結構，一種是環(huán)行網，另一種是通過實時HUB連接的星型網。
理論上，HUB結構的網絡數據到達各個節(jié)點的時間沒有延遲，能做到信息同步更新。而且一個節(jié)點故障只影響本節(jié)點，不影響整個網絡。這一特性對進行系統(tǒng)局部聯(lián)試時非常有用，不必所有設備均開機。
RTnet的運行機制很簡單，分布式計算機系統(tǒng)內，每臺結點機上插一塊 RTnet卡，卡上有雙端口讀寫內存，通過驅動軟件可以讀寫這些內存，當數據被寫入一臺機器的內存中后，RTnet卡自動地通過光纖傳輸到其他連在網絡上的 RTnet卡的內存里，通常只需幾百納秒的時間延遲，所有RTnet卡上的內存將寫入同樣的內容。各成員在訪問數據時，只要訪問本地的RTnet卡內存即可。
RTnet適應的計算機總線形式一般都有PCI、MultiBus、VME等，在常用的操作系統(tǒng)，如DOS、WindowsXP、Windows2000環(huán)境下都可正常工作。
2.2 綜合應用
仿真工作站替代專用數字仿真計算機本身難度不大，二者的軟件內核基本一致，經過軟件移植，幾乎所有先前做過的工作都可以繼承下來。仿真系統(tǒng)集成的關鍵是實時網絡在系統(tǒng)中的配置和二次應用開發(fā)。有這樣幾方面的工作要做：
① 仿真工作站同實時網絡的接口檢查：雖然仿真工作站是基于通用工作站基礎上設計的，但這種通用工作站與通用微機之間還會有些微小的差別。② 各仿真設備控制計算機的適應性修改：仿真設備功能各異，研制情況不同，其控制計算機的操作系統(tǒng)不統(tǒng)一，有DOS、WindowsXP、Windows2000等版本，因此相應的設備驅動板卡等不相同。為了保證網絡系統(tǒng)穩(wěn)定運行，簡化應用開發(fā)工作，有必要對能夠升級的設備控制計算機進行統(tǒng)一配置，還要對相應設備驅動卡、驅動程序進行更改。③ 共享內存分配表的建立：由于是共享內存機制，所以應對數據存儲地址的統(tǒng)一分配，明確各個信息的讀寫地址。對系統(tǒng)中注冊信息、節(jié)點狀態(tài)標志、同步時鐘等信息使用的地址也要進行規(guī)定。
總之，隨著分布式計算機仿真系統(tǒng)、虛擬樣機分布仿真系統(tǒng)的廣泛開發(fā)和應用，實時網絡技術做為一種快速的信息交換手段會得到更廣泛的應用。
參考文獻：
關鍵詞：立體視覺；運動平臺；adams
一、引言
隨著信息、處理、計算機技術的發(fā)展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術、視覺傳感器技術、攝像技術以及立體視覺理論的發(fā)展，利用視覺傳感器來獲取環(huán)境圖像，并用計算機實現對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現實[1-4]。本文采用了目前國內外進行機電一體化系統(tǒng)設計時最常用的虛擬樣機技術，基于3d數字化設計平臺ug，采用赫爾姆霍茨模型作為參考設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。
二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍
運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍（±60o）、“頭部”俯仰運動空間范圍（±45o）。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產生運動碰撞干涉。本文采用機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件adams對運動平臺進行運動仿真分析[5]。
經過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：
（一）左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置，如圖2所示
（三）沒有發(fā)生偏航運動，仰視極限負45度位置，如圖4所示
偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產生運動碰撞干涉現象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結構設計提供實用的改進和參考依據。
三、驅動電機的輸入扭矩分析
要驗證選擇的驅動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉動過程中轉動頭和攝像機等運動部件的負載轉矩。運動部件的負載扭矩在adams中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。
通過圖8和圖9，可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續(xù)曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發(fā)生變化而出現突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
四、結論
仿真的結果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據仿真結果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結構設計提供實用的改進和參考依據。
并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
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【關鍵詞】PLC；立體車庫；控制系統(tǒng)
1.引言
隨著我國經濟持續(xù)快速的發(fā)展和城市建設工作的不斷進行，在許多城市，交通擁堵和停車難已經成了影響城市發(fā)展的重要因素，利用路邊停車和傳統(tǒng)的自走式停車方式己經遠遠不能適應城市發(fā)展的要求。隨著我國汽車工業(yè)以及房地產行業(yè)的訊速發(fā)展和轎車數量的迅速上升，我國立體停車行業(yè)發(fā)展迅速。立體停車是解決許多城市出現的停車難問題的有效方法。機械式立體車庫是指用立體化的方式，利用機構完成車輛存取的停車設施。也就是用機械停車設備將汽車存放到立體化的停車位或從停車位取出的停車設施。機械式立體車庫是近期順應市場經濟發(fā)展，根據市場需求，在其迫切影響下應運而生的一種新型停車系統(tǒng)，它綜合運用了機械、控制、液壓以及光學等先進技術，屬于技術密集型設備[1]。
本文主要以五車位升降橫移式立體車庫為研究對象，介紹其結構、工作原理及監(jiān)控系統(tǒng)的構成。
2.立體車庫的組成及原理
升降橫移式立體車庫指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的一種機械式停車設備。主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組成。這種立體車庫結構特點是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層都必須預留一個空車位，供進出車升降之用。當底層車位進出車時，無需移動其他托盤就可直接進出車；中間層、頂層進出車時，先要判斷其對應的下方位置是否為空，不為空時要進行相應的平移處理，直到下方為空才可進行下降動作，進出車完成后再上升回到原位置。其運動的總原則是：升降復位，平移不復位。
本設計為五車位停車庫，系統(tǒng)由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根據當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進出。其工作方式為：二層三個車位可以升降，一層的兩個車位只能橫向橫移，二層車位要想升降則必須讓其下側車移走，進而橫移出空位，將載車板升或降到地面層。系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。
3.系統(tǒng)硬件單元設計
3.1 電氣系統(tǒng)關鍵部分設計
PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內實現正反轉；其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置。
電機控制及接線設計：在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。
3.2 PLC型號的選擇
根據系統(tǒng)設計要求進行需求分析，確定PLC的輸入輸出點。本系統(tǒng)共計26個輸入，18個輸出，系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200系列的CPU226（加擴展模塊）。CPU226共有24個輸入，16個輸出，擴展模塊選擇為EM223，它有16個輸入，16個輸出。該選擇能夠滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)I/O分配表見表1、2所示。
4.系統(tǒng)PLC程序設計
主程序設計參考程序見圖2所示。
5.組態(tài)監(jiān)控畫面設計
5.1 MCGS簡介
組態(tài)軟件是在工業(yè)自動化領域興起的一種新型的軟件開發(fā)技術。開發(fā)人員不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)（硬件配置）、數據組態(tài)、圖形圖像組態(tài)等工作即可完成所需應用軟件的開發(fā)工作。MCGS（Monitor and Control Generated System通用監(jiān)控系統(tǒng)），是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺上）運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案[2]。
5.2 系統(tǒng)畫面設計
本文采用通用版MCGS組態(tài)軟件設計了該控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控界面。系統(tǒng)運行畫面如圖3所示。
6.結束語
本控制系統(tǒng)以PLC為核心，實現了兩層五車位立體車庫的自動控制，同時采用計算機進行監(jiān)控，實現了車庫的智能化管理和實時監(jiān)控，工作安全可靠，操作方便。本文的研究對PLC在計算機自動化控制系統(tǒng)中的應用，以及利用MCGS實現工業(yè)工程實時監(jiān)控，提高工業(yè)的自動化水平，都具有很重要的實踐意義[3]。
參考文獻
[1]劉延利.后懸臂升降橫移式立體車庫虛擬樣機設計[D].山東大學碩士學位論文，2012（9）：1-10.
[2]北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.全中文工控組態(tài)軟件MCGS用戶指南[M].北京：MCGS公司，2003.
