摘要：以美國主站坦克M1A1的運動性能為目標，闡述了一種坦克兵動態訓練模擬器液壓控制部分的設計流程。該模擬器采用嵌入式控制器控制液壓系統，克服了模擬控制系統難以保證長期可靠運行的缺點，也克服了一般數字控制系統難以保證三路油缸運動的實時性和同步性的缺點，且比一般的三自由度復雜運算控制器的體積小。實用效果表明，該訓練模擬器操作簡便，運行穩定，較好地滿足了坦克兵模擬動態訓練的要求。這里研制的數字液壓控制裝置系統給其他類型的動態模擬訓練器的研究提供了參考。
關鍵詞：坦克兵動態訓練模擬器；嵌入式控制系統；液壓控制；實時控制

0 引言
長期以來，坦克手的培訓都是利用真實的坦克和場地進行的，這樣的訓練盡管具有實地演練優勢，但是坦克行進路線和路況少，耗油量大。坦克兵動態訓練模擬器正是為了彌補實地演練的一些缺點，輔助培訓坦克駕駛員而設計的。本文以美國戰后第三代主站坦克M1A1艾布拉姆斯坦克為目標，介紹了一種坦克兵動態訓練模擬器液壓控制部分的設計流程。為了增加模擬訓練的真實感，模擬器采用高性能嵌入式控制系統實現液壓系統的控制，增加訓練模擬器的動作實時性和地面多種行駛姿態，并利用三個液壓缸支撐一個平面的設計，形成三自由度的運動姿態模擬。
模擬訓練器的液壓伺服系統如果采用模擬系統，其響應快，但由于參數調整非常難，自適應性差，以及參數漂移等問題使得模擬系統難以保證長期可靠運行。用數字系統代替模擬系統的難點在于三路油缸的實時和同步控制。本文設計了一種嵌入式控制器——嵌入式平板電腦ZY-100作為人機界面和控制器，以期實現液壓伺服系統的可靠性和實時性要求。三自由度控制的復雜運算采用煙臺中宇航空液壓有限公司的嵌入式控制器完成，實現計算機、PLC和觸摸屏顯三合一，這樣使集成化高、連線少、體積小、厚度只有20 cm，而一般的三自由度控制器都比較厚，雖然嵌入式液壓控制研究已有許多在國內外公開發表的文章，但具有如此小體積、高集成化、三自由度復雜運算的控制器在國內期刊上鮮見發表。

1 動態訓練模擬器的工作原理
坦克兵動態訓練模擬器液壓部分是由三個液壓伺服缸支撐一個平面，使其能形成三自由度的運動，以模擬坦克在不同的地面上的行駛姿態。其中，三個油缸的運動軌跡由用戶在人機界面預先設置，計算機產生三路數字電壓信號，分別經過D／A變換、放大，轉換成電流信號去控制三個伺服閥的開度和方向，從而獨立控制三個油缸的運動方向和速度，使底部的三路油缸控制頂部平臺做三自由度的運動。為了能夠正確調整油缸的移動，通過與油缸相連的位移傳感器的反饋信號構成各自由度位置閉環控制，將油缸位移電壓信號與計算機輸出信號比較，然后根據差值信號，糾正油缸移動的實際位置。因此，位移傳感器輸出的是負反饋信號。本文計算機經D／A轉換后的輸出電壓為0～10 V。開路狀態下，D／A轉換后的輸出電壓0～10 V對應油缸移動距離0～200 ms，且D／A輸出與油缸移動距離成正比；位移傳感器的輸出為0～10 V，對應油缸0～200ms的移動距離，且與油缸移動距離成正比。
為保證油的順利流動和油泵的正常工作，在油箱里油泵到油缸的通道中設置了人工控制溢流閥。溢流閥中的油壓及油泵中的液位將通過壓力傳感器和液位傳感器送到計算機實時監控。如果發現油壓過高或過低，通過旋轉溢流閥開關，可以改變輸油管管口的大小，調整油壓，使油壓滿足正常工作要求。如果液面過低，計算機將產生報警信號，同時送出關機信號，關掉油泵驅動電機。
另外，油溫的范圍也會影響油泵的正常工作，系統通過油箱中的溫度傳感器提取溫度信號，并送計算機處理；當油溫較高時，系統將輸入冷水使油降溫；如果油溫超過一定溫度，計算機將報警。當油溫較低時，停止送水。
整個系統的原理框圖如圖1所示。