(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111611677.5 (22)申请日 2021.12.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114495634 A (43)申请公布日 2022.05.13 (73)专利权人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 杨鸣宇　赵洋　孟兆旭　赵诗雨　 佟以轩　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. G09B 9/06(2006.01)G06F 30/20(2020.01) 审查员 宗小淇 (54)发明名称 载人模拟器控制及仿真训练装置及训练方 法 (57)摘要 本发明涉及载人模拟 器训练领域， 具体地说 是载人模拟器控制及仿真训练装置及训练方法。 包括： 设于载人模拟器舱内的舱内单元、 设于载 人模拟器舱外的舱外单元、 仿真系统以及教控系 统； 舱内单元， 用于将控制指令进行解析后得到 控制信号， 发送至舱外单元， 以控制舱外单元实 体设备运行、 以及将控制信号发送至仿真系统进 行仿真虚拟设备执行； 同时， 接收舱外单元实体 设备的状态信息， 以及接收仿真系统仿真后虚拟 设备的虚拟信号和教控指令； 本发 明的仿真系统 通过虚拟 仿真功能代替真实传感器及检测装置， 降低成本， 配置灵活， 与控制系统相结合， 能够真 实体现实艇 潜水器的工作环境。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114495634 B 2022.11.08 CN 114495634 B 1.载人模拟器控制及仿真训练装置， 其特征在于， 包括： 设于载人模拟器舱内的舱内单 元、 设于载 人模拟器舱外的舱外单 元、 仿真系统以及教控系统； 所述舱内单元， 用于将控制 指令进行解析后得到控制信号， 发送至舱外单元， 以控制舱 外单元实体 设备运行、 以及将控制 信号发送至仿真系统进行仿 真虚拟设备执行； 同时， 接收 舱外单元实体设备的状态信息， 以及接收仿真系统仿真后虚拟设备的虚拟信号和教控指 令； 所述舱外单元， 用于接收舱内单元发送的控制信号， 以实现实体设备的运行； 接收仿真 系统仿真后的虚拟设备的虚拟信号、 以及采集实体设备的状态信息， 发送至舱内单 元； 所述虚拟信号， 包括： 虚拟网络信号、 虚拟串口信号以及虚拟电压信号； 所述控制信号， 包括： 用于控制 实体设备运行或虚拟设备虚拟运行的操作信号和用于 控制模拟器姿态的操纵信号； 所述仿真系统， 用于接收舱内单元的控制信号， 根据控制信号或教控系统发送的教控 指令信号， 仿真虚拟设备执行， 并产生虚拟信号， 并根据虚拟信号的类型， 对应发送至舱外 单元或舱内单 元； 所述仿真系统， 包括： 仿真计算机、 仿真串口模块、 仿真网络模块、 仿真驱动模块以及仿 真信号处 理模块； 仿真串口模块通过仿真网络模块与仿真计算机连接， 用于产生仿真计算机仿真后虚拟 设备的虚拟串口信号， 并将虚拟串口信号发送至串口通信模块； 仿真驱动模块通过仿真网络模块与仿真计算机连接， 用于接收仿真计算机仿真后虚拟 设备的虚拟网络信号， 转换为虚拟电压信号， 并通过仿 真信号处理模块 发送至舱外单元； 同 时， 接收仿真信号处理模块处理后的舱外单元 的数字量或模拟量输出信号， 并转换为虚拟 网络信号， 发送至 仿真计算机进行状态显示； 仿真信号处理模块， 用于对虚拟电压信号以及采集到舱外单元的数字量或模拟量输出 信号的进行隔离、 放大处 理； 仿真计算机， 用于通过仿真网络模块接收舱内单元控制计算机解析后并经网络交换模 块发来的控制信号， 并仿真虚拟设备的虚拟信号； 同时， 将仿真后的虚拟设备的虚拟串口信号通过仿真串口模块发送至舱内单元的显控 单元进行显示； 将仿真后的虚拟设备的虚拟网络信号直接发送至舱内单元的显控单元进 行 显示； 将仿真后的虚拟设备 的虚拟网络信号依 次经仿真驱动模块、 仿真信号处理模块发送 至舱外单 元进行模拟； 还接收教控系统发送教控指令信号进行解析， 并直接发送至舱内单元的航控单元进行 处理以及显控单 元进行显示； 所述教控系统， 用于发送教控指令信号通过仿真系统仿真后至舱内单元， 以对潜航员 进行发出训练指令 。 2.根据权利要求1所述的载人模拟器控制及仿真训练装置， 其特征在于， 所述仿真系统 将产生的虚拟网络信号和虚拟串口信号 发送至舱内单元， 仿真系统将虚拟电压信号 发送至 舱外单元。 3.根据权利要求1所述的载人模拟器控制及仿真训练装置， 其特征在于， 所述舱内单 元， 包括： 航控单 元以及与航控单 元连接的显控单 元、 人机交 互模块以及操纵单 元；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114495634 B 2人机交互模块， 包括： 设备供电开关、 功能执行开关以及应急控制开关； 用于产生的操 作信号实时反馈 至航控单 元； 操纵单元， 用于对载 人模拟器进行姿态控制， 将产生的操纵信号实时反馈 至航控单 元； 显控单元， 用于根据接收舱外单元实体设备的状态信息、 接收仿真系统仿真后虚拟设 备的虚拟网络信号； 航控单元， 用于接收人机交互模块的操作信号， 并对操作信号进行解析， 解析后得到实 体设备的控制 信号直接发送至舱外单元进 行控制， 解析后得到虚拟设备的控制信号 发送至 仿真系统进行仿真； 接收操纵单元的操纵信号进行解析， 解析后的操纵信号发送至舱外单元， 以实现与舱 外单元的连接的驱动执行机构多自由度的运动控制； 同时， 将解析后的操纵信号发送至仿 真系统， 以实现仿真系统仿真模拟驱动执 行机构的运动参数。 4.根据权利要求3所述的载人模拟器控制及仿真训练装置， 其特征在于， 所述航控单 元， 包括： 主控计算机、 网络交换模块、 采集模块以及串口通信模块； 所述采集模块分别与 人机交互模块以及操 纵单元连接， 用于实时采集操作信号和操 纵 信号， 并通过网络交换模块发送至控制计算机进行解析； 所述主控计算机， 用于将接收到操作信号以及操纵信号进行解析， 并通过网络交换模 块将解析后包含操作信号和操纵信号的控制 信号， 分别 传输至舱外单元进 行控制驱动执行 机构执行、 以及传输至仿真系统进行仿真模拟虚拟设备 执行； 串口通信模块， 用于接收仿真系统仿真后的虚拟设备的虚拟串口信号， 并通过网络交 换模块发送至主控计算机进行处 理以及显控单 元进行显示。 5.根据权利要求1所述的载人模拟器控制及仿真训练装置， 其特征在于， 还包括评价系 统； 仿真计算机接收到教控指令信号后， 对教控指令信号进行解析， 解析后， 分别发送虚拟 信号至舱内单元和舱外单元进行虚拟运行， 并在舱内单元 的显控单元进行显示， 潜航员根 据显控单 元的显示信息进行控制人机交 互模块和操纵单 元； 舱内单元的主控计算机将解析后控制 指令信号发送至仿真系统进行虚拟运行运行， 仿 真系统同时将 潜航员控制信号以网络形式传输 至评价系统， 对潜航员的操纵进行评价。 6.根据权利要求1～5任一项所述的载人模拟器控制及仿真训练装置的训练方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1） 教控人员通过教控系统以网络信号的形式向仿真系统发送教控指令信号， 其中， 教 控指令信号， 包括： 故障指令、 作业指令； 2） 教控指令信号传输至仿真系统的仿真网络模块， 并由仿真计算机进行接收， 仿真计 算机进行教控指令信号解析后， 产生虚拟信号， 将虚拟网络信号通过仿真网络模块传输至 多个仿真驱动模块， 仿真驱动模块将虚拟网络信号转换为数字量或模拟量的虚拟电压信 号， 经过信号处 理模块进行隔离、 放大处 理后传输 至舱外单 元； 3） 舱外单元将虚拟电压信号转换为虚拟网络信号并结合舱外单元实体设备的状态信 息， 实现虚拟故障实现， 并由舱内单 元的显控单 元进行故障显示； 4） 潜航员根据故障现象进行相应的故障检查及排障操作， 潜航员根据显控单元的显示 信息进行控制人机交 互模块和操纵单 元；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114495634 B 3