机械装备信息化技术及应用

第1章 绪论 1

1.1 机械装备信息化 1

1.1.1 概念与内涵 1

1.1.2 发展历程 1

1.1.3 效能、作用及影响 3

1.2 机械装备信息化发展 4

1.2.1 军事转型对武器装备信息化的发展需求 4

1.2.2 装备信息化建设的主要内容 4

1.3 机械装备信息化建设发展重点 5

习题 5

思考题 6

第一部分 机械装备自身信息化技术 9

第2章 机械装备信息感知技术 9

2.1 信息感知技术概述 9

2.2 单机智能仪表总体方案设计 9

2.2.1 单机智能仪表监控内容分析 9

2.2.2 基于ARM的单机智能仪表功能设计 10

2.3 单机智能仪表硬件设计与实现 11

2.3.1 硬件总体设计 11

2.3.2 单机智能仪表处理器选型设计 12

2.3.3 供电模块设计 13

2.3.4 单机智能仪表工况数据采集模块设计 14

2.3.5 单机智能仪表显示模块设计 20

2.3.6 单机智能仪表存储模块设计 21

2.3.7 单机智能仪表通信模块设计 23

2.3.8 硬件可靠性设计 26

2.3.9 硬件实现 26

2.4 单机智能仪表软件开发 27

2.4.1 单机智能仪表软件系统总体设计 27

2.4.2 单机智能仪表软件系统功能模块开发 30

2.4.3 软件系统的实现 36

习题 37

思考题 37

第3章 机械装备自主作业技术 38

3.1 装备自主作业技术概述 38

3.1.1 自主作业的含义 38

3.1.2 自主作业的重要性 38

3.2 某型挖掘机虚拟样机建模技术研究 38

3.2.1 某型挖掘机概述 39

3.2.2 某型挖掘机作业工况分析 40

3.2.3 某型挖掘机自主作业关键技术 40

3.3 某型挖掘机工作装置运动学建模研究 41

3.3.1 工作装置的运动学分析 41

3.3.2 工作装置的运动学计算 44

3.3.3 关节空间与驱动空间的转换 47

3.3.4 某型挖掘机工作装置速度雅克比矩阵建模 50

3.4 某型挖掘机自主作业控制技术研究 53

3.4.1 某型挖掘机自主作业控制理论 53

3.4.2 某型挖掘机模糊PID控制研究 55

3.4.3 某型挖掘机自主作业控制策略 60

3.4.4 某型挖掘机模糊PID控制器建模与仿真 60

3.5 某型挖掘机虚拟样机仿真与试验 61

3.5.1 某型挖掘机虚拟样机模型建模 61

3.5.2 某型挖掘机虚拟样机空载仿真 62

3.5.3 某型挖掘机虚拟样机负载作业仿真 67

3.5.4 某型挖掘机物理样机的研制与实验 69

习题 72

思考题 72

第二部分 机械装备组织指挥信息化技术 75

第4章 机械装备场库数字化管理技术 75

4.1 场库数字化管理技术概述 75

4.2 数字化车场总体设计 75

4.2.1 系统功能分析 75

4.2.2 系统结构组成 76

4.2.3 系统工作原理 78

4.3 数字化车场智能门禁控制系统设计 80

4.3.1 系统总体设计 80

4.3.2 硬件系统设计 81

4.3.3 软件系统设计 82

4.3.4 调试和试用 83

4.4 数字化车场业务综合管理系统软件开发 83

4.4.1 系统软件开发目标 83

4.4.2 系统软件完成内容 83

4.4.3 系统软件设计 84

习题 86

思考题 87

第5章 机械装备机群智能控制技术 88

5.1 机群智能控制技术概述 88

5.2 机群运行体系要素 88

5.2.1 机群中心监控系统 88

5.2.2 装备信息化、智能化机群系统 88

5.2.3 信息化、智能化机群控制体系结构 89

5.3 工程机械机群智能控制系统总体方案设计 90

5.3.1 工程机械监控管理现状分析 90

5.3.2 工程机械监控管理需求分析 91

5.3.3 基于GIS的机群智能监控管理系统功能设计 93

5.4 基于GIS的机群智能化工程机械监控管理系统开发 94

5.4.1 机群智能监控管理系统总体设计 94

5.4.2 系统通信方案设计 96

5.4.3 系统功能模块设计与实现 97

5.4.4 系统联调与测试 101

习题 103

思考题 104

第三部分 机械装备训练信息化技术 107

第6章 轮式装备模拟训练技术 107

6.1 轮式装备模拟训练技术概述 107

6.2 轮式装备模拟训练系统总体设计 107

6.2.1 火箭布雷车结构组成 107

6.2.2 操控系统方案设计 108

6.2.3 硬件系统总体设计 109

6.2.4 软件系统总体设计 110

6.3 轮式装备各操作席位设计 111

6.3.1 驾驶席设计 112

6.3.2 炮长席设计 115

6.3.3 半自动操作席设计 120

6.3.4 操瞄席设计 121

6.3.5 指挥席设计 124

6.4 模拟发射装置设计 124

6.5 模拟训练系统数据采集系统设计 125

6.5.1 数据采集系统需求分析 125

6.5.2 微处理器与外围电路设计 126

6.5.3 信号采样电路设计 129

6.5.4 信号调理电路设计 130

6.5.5 A/D转换电路设计 133

6.5.6 数据采集系统软件开发 134

6.6 基于CAN总线的轮式装备模拟训练系统通信系统设计 137

6.6.1 通信方式对比分析 137

6.6.2 CAN通信接口设计 138

6.6.3 CAN应用层协议设计 139

6.6.4 CAN总线通信软件设计 142

习题 145

思考题 145

第7章 机械装备维修模拟训练技术 146

7.1 装备保障模拟训练概述 146

7.2 火箭布雷车维修训练平台总体技术方案 146

7.3 基于PLC技术的实训台控制系统设计 148

7.3.1 控制系统设计要求及特点分析 148

7.3.2 PLC选型 149

7.3.3 主控PLC设计 150

7.3.4 实装PLC改进设计 156

7.4 火箭布雷车维修训练平台操控部件设计 159

7.4.1 功能要求 159

7.4.2 模拟执行电动机运动轨迹规划 160

7.4.3 电动机控制功能的设计与实现 162

7.4.4 测量模块设计与实现 164

7.4.5 操纵部件的设计与实现 168

7.5 火箭布雷车维修训练平台PLC程序开发 174

7.5.1 PLC程序设计简介 174

7.5.2 功能要求分析 174

7.5.3 主控PLC程序设计 175

7.5.4 实装PLC程序设计 184

7.6 基于Unity的维修训练系统开发 184

7.6.1 软件功能及系统结构分析 184

7.6.2 火箭布雷车作业动作模拟功能开发 185

7.6.3 维修训练系统工作原理模块设计 187

7.6.4 维修训练系统故障排除模块设计 190

7.6.5 操纵信号处理 191

习题 192

思考题 192

第四部分 机械装备维修保障信息化技术 195

第8章 机械装备测试与故障诊断技术 195

8.1 装备测试与故障诊断技术概述 195

8.2 某桥梁故障检测系统总体设计 195

8.2.1 装备结构与工作原理分析 196

8.2.2 液压气动系统工作原理及故障分析 197

8.2.3 故障检测系统功能要求 201

8.2.4 检测系统总体设计 201

8.3 某桥梁故障检测系统硬件研制 203

8.3.1 适配器硬件总体设计 203

8.3.2 电源电路设计 203

8.3.3 单片机及外围电路设计 205

8.3.4 液晶显示接口电路设计 207

8.3.5 键盘接口电路设计 208

8.3.6 LED报警和继电控制电路设计 209

8.3.7 ADC处理模块设计 210

8.3.8 开关信号调理电路设计 212

8.3.9 串行通信接口电路设计 213

8.3.10 传感器原理与选型 214

8.3.11 适配器硬件实现 215

8.4 某桥梁故障检测软件开发 215

8.4.1 系统软件开发平台 215

8.4.2 系统软件总体结构设计 216

8.4.3 控制计算机软件开发 216

8.4.4 适配器软件开发 219

习题 222

思考题 222

第9章 机械装备电控设备智能化检测技术 223

9.1 电控设备智能化检测技术概述 223

9.2 抛撒布雷车布雷控制系统检测仪总体需求 223

9.2.1 布雷控制系统故障机理研究 224

9.2.2 检测信号分析与处理 225

9.2.3 检测仪主机性能要求 227

9.2.4 检测仪便携式检测终端性能要求 230

9.3 抛撒布雷车布雷控制系统检测仪硬件研制 231

9.3.1 检测仪主机硬件总体设计 231

9.3.2 检测仪主机下位机硬件研制与实现 233

9.3.3 检测仪主机上位机硬件选型与实现 240

9.3.4 检测仪主机电源模块选型与实现 241

9.4 抛撒布雷车布雷控制系统检测仪软件开发 242

9.4.1 基于VHDL语言的下位机软件开发 242

9.4.2 基于LabVIEW的上位机软件开发 248

9.5 抛撒布雷车布雷控制系统检测仪可靠性设计 253

9.5.1 检测仪电磁防护性能 253

9.5.2 检测仪抗振动冲击性能 254

9.5.3 检测仪上位机性能优化与稳定性提高 256

9.5.4 检测仪下位机运行速度与稳定性提高 257

习题 258

思考题 258

参考文献 259