本發(fā)明涉及船舶控制仿真測(cè)試，具體涉及一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試裝置和方法。
背景技術(shù)：
1、隨著船舶機(jī)械設(shè)備數(shù)量、復(fù)雜性不斷增加，船舶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試難度也隨之不斷增大。在船舶控制系統(tǒng)開發(fā)、驗(yàn)證過程中，通常采用系統(tǒng)仿真分析的方法，提高系統(tǒng)開發(fā)效率，節(jié)約開發(fā)成本，同時(shí)保證測(cè)試的安全性。
2、常用的仿真方法為全數(shù)字仿真，雖然可以得到一定仿真結(jié)果，但仿真精度和可信度有待提高。而在全范圍仿真模型的仿真平臺(tái)軟件中，仿真模型采用的是數(shù)學(xué)激勵(lì)模型，其內(nèi)部信號(hào)為全數(shù)字信號(hào)，與工程實(shí)際信號(hào)存在一定差異，對(duì)控制模型驗(yàn)證充分性有待提高；而船舶控制系統(tǒng)的io采集模塊通常能夠采集或發(fā)出物理電信號(hào)，一般為4-20ma電流信號(hào)或者干接點(diǎn)信號(hào)，仿真模型與船舶控制系統(tǒng)設(shè)備(如：dcs)的io采集模塊之間無法模擬真實(shí)物理信號(hào)，限制了船舶控制系統(tǒng)設(shè)備全范圍仿真驗(yàn)證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試裝置和方法，在全范圍仿真中承擔(dān)模擬實(shí)際被控對(duì)象功能，獲得真實(shí)的輸入、輸出信號(hào)，提高船舶控制系統(tǒng)設(shè)備驗(yàn)證充分性。
2、第一方面，本發(fā)明提供一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試裝置，包括：控制器、仿真裝置、顯示裝置、輸入接口模塊、輸出接口模塊和遠(yuǎn)程通信模塊；
3、所述仿真裝置用于開發(fā)工藝系統(tǒng)仿真模型和控制策略，并將控制策略轉(zhuǎn)換為預(yù)設(shè)格式的控制規(guī)則發(fā)送至所述控制器中；
4、所述控制器用于接收至少一種數(shù)據(jù)類型的輸入數(shù)據(jù)，將輸入數(shù)據(jù)根據(jù)控制規(guī)則生成預(yù)設(shè)格式的輸出數(shù)據(jù)，并將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至所述仿真裝置或船舶控制系統(tǒng)設(shè)備中；
5、所述顯示裝置與所述仿真裝置及船舶控制系統(tǒng)設(shè)備存在接口，用于顯示所述控制器的輸入、輸出數(shù)據(jù)及上位系統(tǒng)控制設(shè)備數(shù)據(jù)；
6、所述輸入接口模塊用于接收船舶控制系統(tǒng)設(shè)備被控對(duì)象控制器的輸入物理信號(hào)；
7、所述輸出接口模塊用于將船舶控制系統(tǒng)設(shè)備被控對(duì)象控制器的輸出數(shù)據(jù)以物理信號(hào)形式發(fā)送至船舶控制系統(tǒng)設(shè)備或所述顯示裝置；
8、所述遠(yuǎn)程通信模塊用于接收所述控制器的輸出的物理信號(hào)至所述輸出接口模塊，或者將所述輸入接口模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述控制器。
9、在一些實(shí)例中，所述仿真裝置用于搭建船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，以及設(shè)計(jì)被控對(duì)象控制器的控制策略，選用graphx監(jiān)控操作平臺(tái)及ccm?studio組態(tài)軟件用于控制策略組態(tài)的軟件工具，控制策略組態(tài)支持離線組態(tài)和在線組態(tài)兩種組態(tài)方式：在離線方式下，產(chǎn)生和修改控制算法、順序控制策略，完成后再下載至控制器內(nèi)運(yùn)行；在線方式下，能夠增、減組態(tài)模塊、連線、設(shè)置參數(shù)，控制策略修改后下載至控制器內(nèi)運(yùn)行。
10、在一些實(shí)例中，在所述仿真裝置中，通過設(shè)置至少一種數(shù)據(jù)類型的輸入數(shù)據(jù)或與船舶控制系統(tǒng)相連，作為被控對(duì)象的激勵(lì)信號(hào)，其中，輸入數(shù)據(jù)包括模擬量輸入數(shù)據(jù)和數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)，通過搭建被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)的控制策略，獲得船舶控制系統(tǒng)控制對(duì)象的輸出數(shù)據(jù)，其中，輸出數(shù)據(jù)包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出，將輸出數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)設(shè)備相連，進(jìn)而完成全范圍船舶控制系統(tǒng)中控制器性能的測(cè)試和調(diào)試。
11、在一些實(shí)例中，所述顯示裝置顯示被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)信息，所述相關(guān)信息包括：被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)的模擬量和數(shù)字量信息、使用者的操作、事故處理和維護(hù)指導(dǎo)、被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)設(shè)備的性能參數(shù)、異常情況、限制條件及顯示運(yùn)行員指令生成系統(tǒng)畫面和趨勢(shì)。
12、在一些實(shí)例中，所述輸入接口模塊與所述控制器的輸入接口相連，獲得控制器的輸入控制信號(hào)作為船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的輸入信號(hào)，以使控制器在輸入信號(hào)激勵(lì)下生成相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)。
13、在一些實(shí)例中，所述輸出接口模塊與所述控制器的輸出接口相連，將控制器中的船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型生成的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為輸出信號(hào)，從而構(gòu)成由船舶控制系統(tǒng)設(shè)備和控制策略、被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型和控制策略組成的閉環(huán)控制。
14、在一些實(shí)例中，所述仿真裝置的船舶控制系統(tǒng)被控?cái)?shù)學(xué)模型生成的信號(hào)為程序變量，通過所述輸入接口模塊將程序變量轉(zhuǎn)為實(shí)際物理信號(hào)，所述控制器將所述仿真裝置的船舶控制系統(tǒng)被控?cái)?shù)學(xué)模型的信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出信號(hào)后，發(fā)送至所述輸出接口模塊，以使所述輸出接口模塊根據(jù)控制器相應(yīng)的輸出信號(hào)生成相應(yīng)的物理信號(hào)，其中，所述輸出接口模塊輸出模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)。
15、在一些實(shí)例中，所述控制器與所述輸入接口模塊或者所述輸出接口模塊采用所述遠(yuǎn)程通信模塊相連，用于接收所述控制器的輸出的物理信號(hào)至輸出接口模塊，或者將輸入接口模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器。
16、第二方面，本發(fā)明提供一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試方法，包括：
17、生成仿真模型和控制策略，將控制策略轉(zhuǎn)換為預(yù)設(shè)格式的控制規(guī)則；
18、從上位控制系統(tǒng)或仿真裝置中獲取至少一種數(shù)據(jù)類型的輸入數(shù)據(jù)，其中，所述輸入數(shù)據(jù)包括：模擬量輸入數(shù)據(jù)和數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)包括：模擬量輸出數(shù)據(jù)和數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)；
19、控制器根據(jù)仿真模型和控制規(guī)則，將輸入數(shù)據(jù)生成為輸出數(shù)據(jù)，發(fā)送至顯示裝置及上位控制系統(tǒng)設(shè)備，以使所述顯示裝置顯示至少一項(xiàng)輸出數(shù)據(jù)。
20、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：
21、本發(fā)明能夠通過圖形化方式對(duì)船舶控制系統(tǒng)的被控對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)控制策略，并將設(shè)計(jì)的控制策略下載至控制器中，通過輸入接口模塊采集控制器實(shí)際信號(hào)，用于仿真模型的激勵(lì)信號(hào)，通過輸出接口模塊，將被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的響應(yīng)轉(zhuǎn)化為電反饋信號(hào)。結(jié)合實(shí)際船舶控制系統(tǒng)完成全范圍、全功能測(cè)試，提高仿真數(shù)據(jù)的真實(shí)性、驗(yàn)證的充分性，化解船舶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用風(fēng)險(xiǎn)。
1.一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試裝置，其特征在于，包括：控制器、仿真裝置、顯示裝置、輸入接口模塊、輸出接口模塊和遠(yuǎn)程通信模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述仿真裝置用于搭建船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，以及設(shè)計(jì)被控對(duì)象控制器的控制策略，選用graphx監(jiān)控操作平臺(tái)及ccmstudio組態(tài)軟件用于控制策略組態(tài)的軟件工具，控制策略組態(tài)支持離線組態(tài)和在線組態(tài)兩種組態(tài)方式：在離線方式下，產(chǎn)生和修改控制算法、順序控制策略，完成后再下載至控制器內(nèi)運(yùn)行；在線方式下，能夠增、減組態(tài)模塊、連線、設(shè)置參數(shù)，控制策略修改后下載至控制器內(nèi)運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述仿真裝置中，通過設(shè)置至少一種數(shù)據(jù)類型的輸入數(shù)據(jù)或與船舶控制系統(tǒng)相連，作為被控對(duì)象的激勵(lì)信號(hào)，其中，輸入數(shù)據(jù)包括模擬量輸入數(shù)據(jù)和數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)，通過搭建被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)的控制策略，獲得船舶控制系統(tǒng)控制對(duì)象的輸出數(shù)據(jù)，其中，輸出數(shù)據(jù)包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出，將輸出模塊與控制系統(tǒng)設(shè)備相連，進(jìn)而完成全范圍船舶控制系統(tǒng)中控制器性能的測(cè)試和調(diào)試。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述顯示裝置顯示被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)信息，所述相關(guān)信息包括：被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)的模擬量和數(shù)字量信息、使用者的操作、事故處理和維護(hù)指導(dǎo)、被測(cè)試的船舶控制系統(tǒng)設(shè)備的性能參數(shù)、異常情況、限制條件及顯示運(yùn)行員指令生成系統(tǒng)畫面和趨勢(shì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，獲得控制器的輸入控制信號(hào)作為船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的輸入信號(hào)，以使控制器在輸入信號(hào)激勵(lì)下，使得船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象生成相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，將控制器中的船舶控制系統(tǒng)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型生成的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為輸出信號(hào)，從而構(gòu)成由船舶控制系統(tǒng)設(shè)備和控制策略、被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型和控制策略組成的閉環(huán)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述仿真裝置的船舶控制系統(tǒng)被控?cái)?shù)學(xué)模型生成的信號(hào)為程序變量，通過所述輸入接口模塊將程序變量轉(zhuǎn)為實(shí)際物理信號(hào)，所述控制器將所述仿真裝置的船舶控制系統(tǒng)被控?cái)?shù)學(xué)模型的信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出信號(hào)后，發(fā)送至所述輸出接口模塊，以使所述輸出接口模塊根據(jù)控制器相應(yīng)的輸出信號(hào)生成相應(yīng)的物理信號(hào)，其中，所述輸出接口模塊輸出模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制器與所述輸入接口模塊或者所述輸出接口模塊采用所述遠(yuǎn)程通信模塊相連，用于接收所述控制器的輸出信號(hào)至輸出接口模塊，或者將輸入接口模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器。
9.一種船舶便攜式io信號(hào)仿真測(cè)試方法，其特征在于，包括：