随着建筑业的迅猛发展,塔式起重机的应用已很普及,其在建筑行业发挥了不可替代的作用。由于塔式起重机操作属于高空危险作业,我国政府对起重机械司机的驾驶训练进行了立法,规定新司机必须到政府批准的培训中心参加培训,取得资格证书后方可从事此项工作。可是,传统的培训方式,受人为因素和天气条件的影响较大,而且培训时间长、成本高,若稍有操作不当就会带来严重后果。正是在这种情况下,本课题提出对塔式起重机虚拟操作系统的研究。该虚拟操作系统以计算机系统为核心、以操纵控制台为基础,集机—电—液—自动化技术—虚拟现实技术于一体,模拟塔式起重机的工作过程,用于塔式起重机司机的驾驶培训。针对塔式起重机虚拟操作系统视景仿真研究了场景建模、模型驱动、载荷特性等理论和技术问题,模拟塔式起重机有载荷摆动和基于时滞滤波理论的无载荷摆动操作过程。主要研究内容如下：(1)以第十一届全运会自行车场馆建筑工地为建模对象,基于三维建模软件Creator创建出塔式起重机工作场景模型。在Creator中利用其提供的各种建模工具,逐个创建出地面、路面、楼房、树木、路灯等环境中必不可少的物体模型,通过外部引用功能将所有的物体模型整合到一个主文件中,创建出与实际情况相符的虚拟场景,增强虚拟环境的逼真性以及使用者对虚拟环境的沉浸感。(2)使用实时三维视景仿真驱动软件Vega驱动模型,实现用户与场景及塔式起重机模型的实时交互功能。在Vega的图形用户界面LynX中,将场景模型.flt文件和塔式起重机三维模型.flt文件加载,并设置相关参数,生成应用程序定义文件——.adf文件。在VC++编辑环境中,通过调用Vega接口函数读取.adf文件,编程实现模型的驱动。进一步完善碰撞检测机制,解决物体穿越墙壁、地面的失真现象,使用户与虚拟环境以自然式进行交互。(3)在塔式起重机虚拟操作系统中模拟有载荷摆动的操作过程和基于时滞滤波理论模拟无载荷摆动操作过程。首先,在分析塔式起重机运动特点及动力学非线性模型特点之后,在一定条件下,将非线性模型进行线性化处理得线性化模型,得出载荷摆动动力学方程,通过Matlab软件仿真载荷摆动特性,再在VC++中调用Vega接口函数编程实现载荷的摆动,即模拟有载荷摆动的工作过程。然后,根据时滞滤波理论,在塔式起重机虚拟操作系统中消除载荷摆动,使载荷准确定位,即模拟无载荷摆动的工作过程。从而分别模拟出无操作经验的司机操作过程和有操作经验的司机操作过程,即有效模拟载荷摆动和消摆移动载荷的工作过程,使学员感受到两种操作过程的不同,增强操作真实设备的感觉。从而保证,该虚拟操作系统具有场景逼真、动感强劲、实用性强、功能全面的特点。