【正文】 模抑制比CMB達86dB，共模輸入范圍達177。40 V，保證了4mA～20 mA電流與0~5 V電壓的線性對應(yīng)，在軟件上，利用NI LabVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計工具包(Digital Filter Design Toolkit)，根據(jù)信號種類采用不同算法設(shè)計數(shù)字濾波器，將濾波器Ⅵ編譯后自動生成的FPGA代碼部署到RIO FPGA硬件中。 仿真控制與監(jiān)測模塊軟件設(shè)計柴油機仿真控制和監(jiān)測模塊軟件以NI LabVIEW ，利用RealTime、FPGA Toolkit完成對板卡和模塊可重配置FPGA程序的開發(fā)，再通過LabVIEW編譯服務(wù)器對LabVIEW代碼進行編譯得到Bit File并部署到硬件設(shè)備；實現(xiàn)LabVIEW(Windows)和LabVIEW實時應(yīng)用程序的集成。1 仿真控制模塊對ECU參數(shù)標定、性能試驗及控制策略研究，要關(guān)注的是ECU與柴油機外部性能參數(shù)間關(guān)系，可不考慮柴油機內(nèi)部熱力過程，只要柴油機仿真模型能較真實地模擬柴油機的負載特性，其測試結(jié)果就能反映ECU實際配機性能。柴油機仿真控制模塊通過I/O硬件實時采集噴油量、排氣閥升程信號等，經(jīng)仿真模型計算，向ECU發(fā)送控制信號，同時驅(qū)動曲軸電機提供相位信號，結(jié)構(gòu)見圖11。圖11 仿真控制模塊結(jié)構(gòu)圖仿真控制程序在cRIO控制器上運行，信號同步采集、濾波處理、邏輯運算和輸出刷新均在FPGA上完成。實時控制器中主要完成整型到浮點工程單位轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)換算，實時FIFO數(shù)據(jù)緩存、CAN通訊和FPGA程序間數(shù)據(jù)傳輸。為保證大量數(shù)據(jù)傳送實時、同步和完整，程序采用了DMA和IRQ數(shù)據(jù)通訊方式。（1） 燃油噴射控制仿真為了測試不同負荷下ECU對燃油噴射的控制，燃油噴射控制仿真模塊由位移傳感器測量燃油活塞位移(油量信號)，絕對式角度編碼器測量曲柄轉(zhuǎn)角，旋鈕電位器模擬柴油機負荷，輸入cRIO控制器FGPA I/O模塊，經(jīng)FPGA VI與cRIO控制器RealTrine VI數(shù)據(jù)交換，單位換算和燃油噴射模型計算得出當前柴油機轉(zhuǎn)速，由D/A輸出以調(diào)節(jié)曲軸電機轉(zhuǎn)速。進氣壓力影響噴油正時，為使仿真模型更為精確，查表得到仿真歸納的模擬進氣壓力，修正曲軸電機轉(zhuǎn)速，使之與柴油機實際值更接近。（2） 排氣閥控制仿真排氣閥控制仿真程序分為FPGA VI和RealT39。ime VI兩部分。FPGA VI完成各缸排氣閥開啟、關(guān)閉信號、排氣閥升程信號采集、IRQ中斷、DMA配置、與Real Time連接、數(shù)據(jù)交換及邏輯判斷；RealTime系統(tǒng)VI是整個仿真模型程序：邏輯判斷、內(nèi)存分配、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和保存、DMA通道競爭裁決等。當系統(tǒng)運行時，F(xiàn)GPA VI判斷首次接收的排氣閥開啟信號是否為實體排氣閥裝置所發(fā)出，若是其它模擬氣缸發(fā)出，則調(diào)用存儲在cRIO控制器內(nèi)經(jīng)仿真計算的排氣閥升程信號，通過模擬量輸出模塊提供給ECU。若是實體排氣閥裝置所發(fā)出，則FPGA VI采集此沖程實體排氣閥裝置的升程信號，并記錄當前曲柄轉(zhuǎn)角，同時開啟DMA通道，將采集到的信號傳送到cRIO控制器內(nèi)存中。當檢測到排氣閥裝置關(guān)閉信號時，停止升程信號采集。該沖程其它模擬氣缸升程信號，以內(nèi)存中實體排氣閥裝置升程信號為“缸平移”遞推基準；一旦有虛擬氣缸排氣閥開啟，則將保存的升程信號由另一DMA通道傳回FPGA VI，通過電流模塊輸出給ECU。2 監(jiān)測模塊測試研究ECU控制策略，需采集記錄ECU相關(guān)輸入輸出信號，系統(tǒng)設(shè)有專門監(jiān)測模塊對信號進行同步采集、分析、顯示和存儲，并對參數(shù)越限進行邏輯比較，通過串口輸出至報警模塊，驅(qū)動聲光報警。系統(tǒng)根據(jù)LabVIEW支持子VI調(diào)用模式，采用模塊化設(shè)計方法，可簡化程序，提高程序執(zhí)行率。為保證數(shù)據(jù)采集同步，PXI實時操作系統(tǒng)每采集一角標信號同時記錄當前時鐘，并把該時鐘下所有同步信號如曲軸轉(zhuǎn)速、燃油活塞位移、針閥升程、排氣閥升程等信號打包，生成以角標基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)包，通過DMA傳輸方式送至RT系統(tǒng)內(nèi)FIFO中，再將數(shù)據(jù)包通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳至工控機，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析、顯示、保存和回放?；贚abVIEW、cRIO控制器的高壓共軌柴油ECU硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，在LabVIEW環(huán)境可調(diào)用LabVIEW FPGA模塊和重新配置型輸入/輸出模塊，可方便實現(xiàn)不同的測控方案，提高了硬件資源利用率?；谇S轉(zhuǎn)角的缸平移算法簡化了仿真模型，提高了模型的實時。由于系統(tǒng)尚未建立低速柴油機的數(shù)學模型，在以后工作中需根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)和信息，細化仿真模型以提高模型精度。所設(shè)計的系統(tǒng)為測試、分析和開發(fā)高壓共軌柴油機的ECU系統(tǒng)提供了研究平臺；可節(jié)省ECU測試試驗費用、縮短ECU開發(fā)優(yōu)化周期。 四種典型半實物仿真平臺的比較由以上的分析知道，四種半實物仿真平臺都是成熟的分布式、可以用于實時仿真和半實物仿真的平臺；都是基于PC機windows操作系統(tǒng)，具有高度的集成性和模塊化；用戶可以根據(jù)需要，在運算速度不同的多處理器之間進行選擇，選用不同的I/O配置，以組成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。相對來說，RTLAB和xPC側(cè)重于工程設(shè)計與測試方面，而dSPACE和NI PXI更側(cè)重于控制系統(tǒng)開發(fā)及測試方面。下面就從軟、硬件來對兩者作一個簡單的比較：(1) 硬件方面RTLAB不需要專門的硬件配套設(shè)施，本身也沒有專業(yè)化的硬件需求，其計算機系統(tǒng)是采用商業(yè)化的PC機，也就是家用或辦公PC機即可。xPC也不需要專門的硬件配套設(shè)施，只需根據(jù)目標對象的需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡即可。dSPACE需要購買其專業(yè)化的硬件系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)主要有兩類：一是單板系統(tǒng)，處理器和的集成到一塊板上，形成一個完整的實時仿真系統(tǒng)(如DS1103等控制板) ；二是組件系統(tǒng)，處理器與用戶接口完全分開，以實現(xiàn)兩者各自的自由擴展，兩者之間的通信由PHS總線實現(xiàn)(DS1005 PPC控制器等)。NI PXI有一整套的半實物仿真系統(tǒng)，包括實時控制器、機箱、可重置FPGA、I/O模塊等。(2) 軟件環(huán)境兩者面向用戶的主操作系統(tǒng)都是基于PC機的Windows，其中：RTLAB的主機需要安裝RTLAB實時仿真平臺，目標機需要安裝QNX實時操作系統(tǒng)；可以經(jīng)過Internet進行遠程操作。xPC需要主機安裝Matlab的RTW開發(fā)界面和VC等c語言編譯器。dSPACE所需要的軟件環(huán)境是RealTime Inteface（RTI）或RealTime Multiprocesser（RTIMP），與MathWorks公司的RealTime Workshop（RTW）配合使用，ControlDesk實時監(jiān)控軟件，TargetLink等。NI PXI下位機程序通過labVIEW軟件平臺開發(fā)形成FPGA程序和RT程序(Real Time程序，實時控制程序)；上位機程序的開發(fā)通過LabVIEW軟件平臺開發(fā)形成人機交互界面；通信程序的開發(fā)通過LabVIEW與cRIO平臺，開發(fā)形成上位機與下位機的通信程序。(3) 成本由于需要配置相應(yīng)的專業(yè)化硬件和開發(fā)系統(tǒng)，dSPACE和NI PXI的成本較高；xPC需要根據(jù)目標對象的不同購置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡，成本比RTLAB略高，RTLAB的成本較低。表1是四種半實物仿真平臺之間軟、硬件和成本的比較：表1 四種半實物仿真平臺對比 比較類型仿真平臺硬件軟件成本dSPACE需要專業(yè)化硬件系統(tǒng)RTI，RTW，ControlDesk，TargetLink等較高RTLAB無專業(yè)的硬件需求，計算機系統(tǒng)采用商業(yè)化的PC機RTLAB實時仿真平臺，QNX實時操作系統(tǒng)，可經(jīng)Internet遠程連接較低xPC目標機、宿主機采用商用的PC機或工控機，需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡RTI，RTW，TargetLink，LabVIEW等較低NI專業(yè)化的硬件系統(tǒng)LabVIEW，cRIO，F(xiàn)PGA軟件開發(fā)系統(tǒng)很高結(jié)語隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)與傳感技術(shù)為主導的信息技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)作為高科技、定量化的輔助研究手段，在科研、軍事等領(lǐng)域研究中發(fā)揮著越來越重要的地位。半實物仿真作為仿真技術(shù)的重要代表之一，其經(jīng)濟效益和軍事效益日益凸顯，特別在武器系統(tǒng)研究、軍事裝備訓練等重要方面有著舉足輕重的作用。各國一直長期重視半實物仿真，近年來，在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的信息化產(chǎn)業(yè)背景下，半實物仿真技術(shù)已成為現(xiàn)代工程技術(shù)的重要支撐力量，廣泛的應(yīng)用于航天、電工、化工、通信，特別是軍事等領(lǐng)域方面的工程設(shè)計研究，成為現(xiàn)代高技術(shù)的代表之一。半實物仿真將朝著高智能化和綜合化發(fā)展，必將在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用。