集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練器座椅振動控制設(shè)計研究.pdf

1、在世界航運(yùn)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)達(dá)的今天，港口貿(mào)易也空前繁榮。巨大的吞吐量需要先進(jìn)的港口起重機(jī)設(shè)備、訓(xùn)練有素的員工以及先進(jìn)的管理手段來實現(xiàn)。然而，出于港口設(shè)備昂貴以及勞動生產(chǎn)效率的考慮，我們不能通過現(xiàn)場實際設(shè)備來培訓(xùn)員工。由此，我們開發(fā)了集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練器，它以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為構(gòu)架，結(jié)合機(jī)電技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、多媒體技術(shù)等，達(dá)到在虛擬環(huán)境下培訓(xùn)集裝箱起重機(jī)駕駛員的目的。 我校開發(fā)的仿真訓(xùn)練器工作時可以實現(xiàn)操作的大部分仿真功能，包括真

2、實的現(xiàn)場操作環(huán)境、真實的三維視景、真實的聲響等，但是該系統(tǒng)尚不能模擬真實的振動感覺。而當(dāng)學(xué)員沉浸于虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進(jìn)行培訓(xùn)操作，除了感覺視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像和聲音以外，同時座椅振動系統(tǒng)也應(yīng)該要產(chǎn)生與現(xiàn)場工作環(huán)境相似的座椅振動，即對應(yīng)于起重機(jī)的駕駛室運(yùn)動、大車行駛、大車制動、小車行駛、小車制動、抓箱、放箱以及前大梁俯仰等工況時的顛簸、傾斜和搖晃動作，給學(xué)員以真實的體感。 本論文就是在現(xiàn)有的集裝箱起重機(jī)仿真訓(xùn)練器這一基礎(chǔ)下開展

3、應(yīng)用研究工作的。它通過駕駛員座椅、電動缸、交流伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、D/A卡、定時/計數(shù)卡、數(shù)字I/O卡、工控機(jī)等硬件組成交流伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)駕駛員座椅的振動控制。本系統(tǒng)是一個實時性很強(qiáng)的多任務(wù)系統(tǒng)，傳統(tǒng)上采用時鐘中斷很難在Windows環(huán)境里實現(xiàn)實時控制，而使用DDK、VtoolsD等開發(fā)工具又極易造成系統(tǒng)崩潰。為了在Windows環(huán)境下能完成實時性較強(qiáng)的反饋脈沖值計數(shù)，控制算法實現(xiàn)和控制信號輸出等任務(wù)，系統(tǒng)采用了定時/計數(shù)卡和Tvic

4、hw32控件相結(jié)合的辦法，通過Tvichw32控件來捕獲定時/計數(shù)卡的定時器硬件中斷。這樣能保證精確的定時，方便安全的完成了實時控制任務(wù)。 實際的集裝箱橋機(jī)座椅振動情況比較復(fù)雜，完全模擬出真實的振動過程是比較困難的。如果建立可實現(xiàn)6自由度控制的座椅振動平臺，硬件投資將非常龐大。調(diào)查表明，集裝箱橋機(jī)駕駛員座椅工作中更多的是小車運(yùn)行方向(即X方向)的前后振動，所以我們的多自由度座椅振動平臺采用X方向的單自由度激勵，即可實現(xiàn)座椅振動的

5、大部分體感功能，同時開發(fā)成本也大大降低。系統(tǒng)X方向的振動激勵分為標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)模式和仿真模式兩種。標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)模式是系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)自由振動小阻尼曲線、正弦曲線和方波曲線或者這幾種函數(shù)的疊加曲線，以實現(xiàn)駕駛員座椅對各種操作的振動響應(yīng)；仿真模式則是加載來自經(jīng)過現(xiàn)場采集到的振動信號，以提高振動感覺的真實度。所有振動模式都需要和視景中的集裝箱起重機(jī)的工況和動作相聯(lián)系，即由操作手柄發(fā)出的指令來控制和驅(qū)動。 本系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了模擬座椅振動功能，它的應(yīng)用