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综合利用现代传感技术、自动化技术、网络技术、计算机技术,通过智能化感知、智能化决策、智能化控制,实现工业装备的智能化将是未来装备技术发展的方向。 煤炭能源占我国能源消费比重的70%,综采工作面装备水平关系着煤炭能源的保障水平。因此,实现涉及采煤机、刮板输送机、液压支架等复杂设备,涉及机械、控制、运动、软件等多学科,以及涉及复杂算法、复杂控制的大规模、多学科、分布式的综采工作面成套装备的自动化,具有非常重要的意义。 高层次体系结构HLA技术是建模与仿真领域的国际标准,为解决分布式复杂系统间的互操作和重用,实现多学科系统融合提供了通用的体系框架结构。本文将HLA技术同综采工作面复杂装备系统相结合,提出了基于HLA的综采工作面嵌入式协同仿真技术,为实现综采工作面自动化提供新思路。 本文首先对综采工作面自动化技术进行了深入研究,然后结合HLA/RTI协同仿真技术,采用清华大学TH-RTI运行支撑环境,提出了综采工作面嵌入式协同仿真技术架构,为实现综采工作面自动化提供了新思路。其次对实现平台构建的关键学科接口技术进行了研究,提出了HLA使能模板技术,为多学科异构模型的HLA联邦成员改造提供了通用的改造方法。第三,在平台的科学计算、运动仿真、执行控制和数据采集功能方面分别选取MATLAB、ADAMS、S7-200PLC和ADAM4117软硬件环境为代表进行了适配器开发。 MATLAB-HLA适配器的开发基于SIMULINK S-function接口编写了适配器功能块;ADAMS-HLA适配器的开发基于ADAMS/Controls模块实现ADAMS模型到MATLAB模型的转化,并通过MATLAB-HLA适配器实现ADAMS联邦成员改造;S7-200PLC通过西门子PLC PRODAVE函数调用实现PLC-HLA适配器功能;ADAM4117既可与PLC Modbus通信的方式通过PLC加入联邦,也可通过ASCII命令编写ADAM-HLA适配器。 最后,选取采煤机三机协同控制系统作为仿真实例,详细介绍了其方案开发、联邦设计、成员建模、运行分析等平台开发过程,实现了多学科软硬件模型的互联和互操作,验证了平台的可行性,为其它嵌入式协同仿真平台的实现提供了开发思路。