集裝箱起重機仿真訓練器座椅振動控制設計研究.pdf

1、在世界航運經濟日益發(fā)達的今天，港口貿易也空前繁榮。巨大的吞吐量需要先進的港口起重機設備、訓練有素的員工以及先進的管理手段來實現。然而，出于港口設備昂貴以及勞動生產效率的考慮，我們不能通過現場實際設備來培訓員工。由此，我們開發(fā)了集裝箱起重機仿真訓練器，它以虛擬現實技術為構架，結合機電技術、信息技術、控制技術、多媒體技術等，達到在虛擬環(huán)境下培訓集裝箱起重機駕駛員的目的。 我校開發(fā)的仿真訓練器工作時可以實現操作的大部分仿真功能，包括真

2、實的現場操作環(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。而當學員沉浸于虛擬現實環(huán)境中進行培訓操作，除了感覺視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)產生的圖像和聲音以外，同時座椅振動系統(tǒng)也應該要產生與現場工作環(huán)境相似的座椅振動，即對應于起重機的駕駛室運動、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，給學員以真實的體感。 本論文就是在現有的集裝箱起重機仿真訓練器這一基礎下開展

3、應用研究工作的。它通過駕駛員座椅、電動缸、交流伺服電機、伺服驅動器、D/A卡、定時/計數卡、數字I/O卡、工控機等硬件組成交流伺服系統(tǒng)來實現駕駛員座椅的振動控制。本系統(tǒng)是一個實時性很強的多任務系統(tǒng)，傳統(tǒng)上采用時鐘中斷很難在Windows環(huán)境里實現實時控制，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的反饋脈沖值計數，控制算法實現和控制信號輸出等任務，系統(tǒng)采用了定時/計數卡和Tvic

4、hw32控件相結合的辦法，通過Tvichw32控件來捕獲定時/計數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。 實際的集裝箱橋機座椅振動情況比較復雜，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6自由度控制的座椅振動平臺，硬件投資將非常龐大。調查表明，集裝箱橋機駕駛員座椅工作中更多的是小車運行方向(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準函數模式和仿真模式兩種。標準函數模式是系統(tǒng)加載標準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的疊加曲線，以實現駕駛員座椅對各種操作的振動響應；仿真模式則是加載來自經過現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的工況和動作相聯系，即由操作手柄發(fā)出的指令來控制和驅動。 本系統(tǒng)較好地實現了模擬座椅振動功能，它的應用