李勝凱，桂 勇，李勝澤

(1.陸軍裝甲兵學(xué)院 車(chē)輛工程系，北京 100072；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，遼寧 興城 125100)

對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行相關(guān)模擬仿真技術(shù)稱(chēng)為半實(shí)物仿真，在相關(guān)的模擬仿真系統(tǒng)中對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行模擬仿真研究，及時(shí)在線(xiàn)調(diào)整一些相關(guān)通信控制參數(shù)，從而改進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)的精度性和基本性能。半實(shí)物模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)主要檢驗(yàn)通信控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，推導(dǎo)準(zhǔn)確的算法，可以改進(jìn)通信測(cè)控系統(tǒng)。在分析相關(guān)研究設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)模擬試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)發(fā)完善進(jìn)行總體規(guī)劃。因此，半實(shí)物模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)要完成以下要求：1) 模擬部件在不同工況下的狀況；2) 對(duì)通信控制系統(tǒng)的運(yùn)作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確地測(cè)試；3) 進(jìn)行零部件的選型與匹配；4) 進(jìn)行系統(tǒng)通信控制策略研究。

1 模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)硬件和軟件的匹配設(shè)計(jì)，研究模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)通信控制系統(tǒng)，促進(jìn)試驗(yàn)平臺(tái)搭建便捷有效。因此，在模擬試驗(yàn)臺(tái)軟、硬件的設(shè)計(jì)中，既要考慮研究的需要，又要最大限度地著眼其通用性和擴(kuò)展性，使其有更加廣泛的應(yīng)用前景。模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)需適時(shí)采集系統(tǒng)的溫度、壓力等信號(hào)參數(shù)；運(yùn)用控制軟件對(duì)反應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行綜合分析、運(yùn)算和決策，并依據(jù)控制策略對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)處理，有效地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行掌握；依托上座機(jī)適時(shí)檢測(cè)通信控制系統(tǒng)的信號(hào)參數(shù)和運(yùn)行狀況[1]。

1.1 模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)目標(biāo)，智能化冷卻控制系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)可分為：系統(tǒng)信號(hào)模擬發(fā)生器、ECU、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī)和比例式電控閥門(mén))、上位機(jī)等組成部分，其構(gòu)成原理如圖1所示。

圖1 通信控制系統(tǒng)組成示意圖

1.2 控制系統(tǒng)基本工作過(guò)程

ECU接收到控制系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的模擬信號(hào)后，經(jīng)過(guò)A/D的處理，輸出為數(shù)字參數(shù)信號(hào)，然后發(fā)送給單片機(jī)，依據(jù)設(shè)定好的程序經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算后發(fā)出下級(jí)指令，各電路模塊接收相關(guān)PWM信號(hào)后，可以對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速、電控閥門(mén)有關(guān)開(kāi)度進(jìn)行控制，同時(shí)接收反饋信號(hào)，單片機(jī)利用通信模塊和上座機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)聯(lián)系。

2 模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)的通信測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，傳感器收集試驗(yàn)臺(tái)管路中工作狀態(tài)信號(hào)，RS485模塊收集處理后的參數(shù)信號(hào)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)RS485與RS232通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換板卡轉(zhuǎn)換后將信號(hào)傳到工控機(jī)，工控機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，顯示并保存測(cè)試結(jié)果，然后根據(jù)既定的控制策略輸出控制信號(hào)，經(jīng)模塊數(shù)模轉(zhuǎn)換后由驅(qū)動(dòng)電路傳到執(zhí)行器。

模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)的ECU是一個(gè)復(fù)雜單片機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，硬件電路由多個(gè)子模塊電路組合而成。單片機(jī)選定后，還要用合理的電路來(lái)支持其工作[2]。

通信電路的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)ECU與上位間的參數(shù)信號(hào)傳輸非常重要。此單片機(jī)大都運(yùn)用異步串聯(lián)接口通信方式[3]，由于MC9S12DP512采用內(nèi)置串聯(lián)接口通信SCI數(shù)據(jù)接口，所以可依靠上位機(jī)串聯(lián)口RS-232和MC9S12DP512的串聯(lián)接口來(lái)通訊聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的工作監(jiān)控(圖2)。

大體情況下，電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)要在結(jié)構(gòu)性和原理性設(shè)計(jì)后，刻印電路板(PCB)把結(jié)構(gòu)原理中的電氣原件進(jìn)行連接，并將各種元件焊接在PCB上，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，PCB能完成原理圖上要求的功能。將PCB設(shè)計(jì)出的各電路模塊組裝在控制盒中，構(gòu)成的ECU電路實(shí)物圖如圖3。

圖3 ECU電路連接圖

3 模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

通信測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)參數(shù)信號(hào)顯示情況檢測(cè)模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)工作狀態(tài)，并紀(jì)錄工作計(jì)算得數(shù)據(jù)，下步將各電路模塊進(jìn)行組合，完成C語(yǔ)言程序軟件的設(shè)計(jì)調(diào)試[4]，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的主程序，同時(shí)將需用的特定開(kāi)關(guān)、按鍵等進(jìn)行安裝和調(diào)試。

在本文中，串聯(lián)通信模塊包括單片機(jī)和上座機(jī)間的通聯(lián)模塊，還有單片機(jī)與其它ECU的通聯(lián)模塊。通信程序流程如圖4。

圖4 串聯(lián)通信程序流程

4 結(jié)論

單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)的工況信號(hào)，再通過(guò)查表確定出電控閥門(mén)的開(kāi)度應(yīng)該增大到40%，然后輸出PWM信號(hào)以改變控制電壓，從而改變電控閥門(mén)的開(kāi)度[5]。此時(shí)在一個(gè)示波器上可以看到單片機(jī)輸出PWM參數(shù)信號(hào)的頻率動(dòng)態(tài)情況(如圖5)，在另一個(gè)示波器上可以看到電控閥門(mén)開(kāi)度上的動(dòng)態(tài)情況(如圖6)。

圖5 單片機(jī)輸出PWM參數(shù)信號(hào)圖

圖6 電控閥門(mén)開(kāi)度動(dòng)態(tài)圖

可以看到電控閥門(mén)從30%的開(kāi)度增大到45%的開(kāi)度，其反饋電壓從3.5V逐漸增大到4.5V，而不是階躍式的上升，這是因?yàn)殡娍亻y門(mén)的開(kāi)度變化需要一定的響應(yīng)時(shí)間。每變化10%的開(kāi)度，需要大約6s的響應(yīng)響應(yīng)時(shí)間。

本文采用模塊化思想進(jìn)行ECU硬件電路設(shè)計(jì)，使得各電路模塊既相對(duì)獨(dú)立，又相互聯(lián)系并協(xié)調(diào)工作，易于維護(hù)和功能的擴(kuò)展。在單片機(jī)通信控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中，清楚程序控制研究的狀態(tài)過(guò)程。而模塊化的統(tǒng)信控制程序設(shè)計(jì)研究方式，方便控制程序的調(diào)整，易進(jìn)行軟件程序的功能擴(kuò)展與進(jìn)步開(kāi)發(fā)。半實(shí)物模擬仿真試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)在理論研究和臺(tái)架試驗(yàn)之間搭建了一個(gè)快捷的過(guò)渡平臺(tái)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)智能化控制系統(tǒng)快速研發(fā)有重要指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。