空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及仿真測試技術，具體涉及一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]空間飛行器一旦發(fā)射將難以維修，其特殊的運行環(huán)境使其地面仿真試驗顯得尤為重要，在地面仿真系統(tǒng)的研究中，如何提高其快速響應特性是一個重要的研究問題，如何形成一套通用的開發(fā)裝置和方法具有重要的研究價值。
[0003]經(jīng)文獻檢索，厲明、紀勇、賈宏光、續(xù)志軍等在論文“基于快速仿真原型的飛行器半物理仿真系統(tǒng)”(見《光學精密工程》，2008年，第16卷第10期，頁碼1949-1955)中設計了基于快速仿真原型技術的大閉環(huán)半物理飛行實時仿真系統(tǒng)，通過光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡實現(xiàn)高速互聯(lián)。
[0004]李季蘇、牟小剛等在論文“大型衛(wèi)星三軸氣浮臺全物理仿真系統(tǒng)”(見《控制工程》，2001年，第3期，頁碼22-26)中介紹了一種大型衛(wèi)星三軸氣浮臺全物理仿真系統(tǒng)的組成、技術指標和用途等。
[0005]本發(fā)明將公開一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)方法及裝置，適用于空間飛行器導航制導與控制系統(tǒng)地面仿真系統(tǒng)的設計開發(fā)，基于模塊化設計思想實現(xiàn)，具有原理簡單、便于工程實現(xiàn)等優(yōu)點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]基于以上不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)，原理簡單、響應速度快、容易工程實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)，包括飛行器動力學模擬裝置(I)、飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、飛行器載荷模擬裝置(4)、空間目標模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)，飛行器動力學模擬裝置(I)和飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標模擬裝置(5)通過電纜連接，飛行器載荷模擬裝置(4)通過電纜與飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)連接，綜合監(jiān)控裝置(6)和飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、地面綜合監(jiān)控裝置(6)通過電纜進行連接；試驗中，飛行器動力學模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計算得到飛行器當前應該處于的位姿數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)，飛行器運動學模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運動模擬機構(gòu)實現(xiàn)相應位姿的控制，空間目標模擬裝置(5)按照接收到的指令實現(xiàn)空間目標的狀態(tài)復現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測量空間目標模擬裝置(5)的數(shù)據(jù)信息并傳送給飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)，飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計算控制量并發(fā)送給飛行器動力學模擬裝置(I)，綜合監(jiān)控裝置(6)接收其他裝置的數(shù)據(jù)信息進行顯示、存儲等任務。
[0008]本發(fā)明還具有以下技術特征:所述的飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)的控制模塊直接采用嵌入式控制模塊，直接安裝在飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)的機械平臺上，其與飛行器動力學模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡進行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡，能夠滿足高動態(tài)特性中對快速數(shù)據(jù)通訊和大批變量傳輸?shù)男枨蟆?br>[0009]本發(fā)明具有原理簡單、響應速度快、便于工程實現(xiàn)等優(yōu)點，該裝置方法不僅適用于半物理仿真也適用于全物理仿真。
【附圖說明】
[0010]圖1為仿真裝置原理示意圖；
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]實施例1
[0013]結(jié)合圖1，一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)方法及裝置，它是由飛行器動力學模擬裝置(I)、飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、飛行器載荷模擬裝置(4)、空間目標模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)等組成。其中，飛行器動力學模擬裝置(I)和飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標模擬裝置(5)通過電纜連接，飛行器載荷模擬裝置(4)通過電纜與飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置
(3)連接，綜合監(jiān)控裝置(6)和飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、地面綜合監(jiān)控裝置(6)通過電纜進行連接。
[0014]其中，飛行器動力學模擬裝置(I)負責實時輸出飛行器的動力學數(shù)據(jù)，對于半物理仿真，飛行器動力學模擬裝置(I)由一臺計算機實時運算，既可以采用基于xPC的快速原型仿真開發(fā)方式，也可以采用飛行器實際使用的機/星載計算機的全物理模擬方式。而在全物理仿真中，飛行器動力學模擬裝置(I)可以由氣浮臺系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0015]飛行器運動學模擬裝置(2)負責實現(xiàn)飛行器的運動學特性，在運動學模擬裝置(2)上往往安裝飛行器載荷模擬裝置(4)，以便實現(xiàn)飛行器載荷模擬裝置(4)在空間的運動情況模擬。對于半物理仿真，常?；诙嘧杂啥冗\動模擬系統(tǒng)構(gòu)建，對于全物理仿真，則常常基于氣浮臺系統(tǒng)構(gòu)建。
[0016]飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)根據(jù)接收到的系統(tǒng)指令和反饋數(shù)據(jù)，依據(jù)既定的飛行器控制算法計算控制指令。它往往由一臺計算機實現(xiàn)。
[0017]飛行器載荷模擬裝置(4)則是飛行器實際載荷的地面仿真替代品，因為實際載荷可能不適宜于在地面參與試驗。
[0018]空間目標模擬裝置(5)則是在試驗中起到模擬飛行器在空間中運行時的一些目標特性，比如熱、磁、恒星等，甚至是另一顆飛行器。
[0019]綜合監(jiān)控裝置(6)就是一個由多臺計算機構(gòu)成的網(wǎng)絡，負責接收數(shù)據(jù)，發(fā)送人機交互指令，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)信息的管理。
[0020]實施例2，結(jié)合圖1，所述的飛行器動力學模擬裝置(I)、飛行器運動學模擬裝置
(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、飛行器載荷模擬裝置(4)、空間目標模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡進行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡，解決系統(tǒng)中的通訊瓶頸問題。
[0021]所述的飛行器運動學模擬裝置(2)、空間目標模擬裝置(5)的控制模塊直接采用“嵌入式與背負式”架構(gòu)，嵌入式控制模塊直接就近安裝在運動模擬裝置的機械平臺上，其與飛行器動力學模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡進行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡，能夠滿足高動態(tài)特性中對快速數(shù)據(jù)通訊和大批變量傳輸?shù)男枨螅鉀Q以往普通架構(gòu)的信息延遲問題。
[0022]試驗中，飛行器動力學模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計算得到飛行器當前應該處于的位姿數(shù)據(jù)(如位姿、速度、加速度等)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)，飛行器運動學模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運動模擬機構(gòu)實現(xiàn)相應位姿的控制，空間目標模擬裝置(5)按照接收到的指令實現(xiàn)空間目標的狀態(tài)復現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測量空間目標模擬裝置(5)的數(shù)據(jù)信息并傳送給飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)，飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計算控制量并發(fā)送給飛行器動力學模擬裝置(I)。綜合監(jiān)控裝置(6)接收其他裝置的數(shù)據(jù)信息進行顯示、存儲等任務。
[0023]實施例2
[0024]“嵌入式與背負式”就近控制架構(gòu)可以有效簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過一根光纖完成信息的傳輸，與以往機電信息電纜上臺的結(jié)構(gòu)相比可以大大提高系統(tǒng)可靠性，同時便于控制優(yōu)化，是提高系統(tǒng)動態(tài)特性的有效手段。
[0025]所采用的光纖網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)各模塊之間的高速通訊，解決了以往通訊中的信息延遲問題，系統(tǒng)性能不再因為通訊的問題打折扣，使設計師可以將更多精力放在控制性能的優(yōu)化提高上，而不再受制于通訊速度。網(wǎng)絡根據(jù)實際需求既可以采用普通以太網(wǎng)或者基于光纖反射內(nèi)存卡等構(gòu)建的光纖高速網(wǎng)絡。
[0026]實施例3
[0027]在半物理仿真中，飛行器動力學模擬裝置(I)由一臺計算機實時運算，既可以采用基于xPC的快速原型仿真開發(fā)方式，也可以采用飛行器實際使用的機/星載計算機的全物理模擬方式。而在全物理仿真中，飛行器動力學模擬裝置(I)可以由氣浮臺系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0028]實施例4
[0029]結(jié)合圖1，所述的飛行器載荷模擬裝置(4)可以根據(jù)測試仿真的實際需求安裝陀螺、慣組、光電組合或者微波雷達等飛行器實際使用的測量載荷或者使用其模擬設備。
【主權(quán)項】
1.一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)，包括飛行器動力學模擬裝置(I)、飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、飛行器載荷模擬裝置(4)、空間目標模擬裝置(5)和綜合監(jiān)控裝置(6)，飛行器動力學模擬裝置(I)和飛行器運動學模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標模擬裝置(5)通過電纜連接，飛行器載荷模擬裝置(4)通過電纜與飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)連接，綜合監(jiān)控裝置(6)和飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、地面綜合監(jiān)控裝置(6)通過電纜進行連接；試驗中，飛行器動力學模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計算得到飛行器當前應該處于的位姿數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)，飛行器運動學模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運動模擬機構(gòu)實現(xiàn)相應位姿的控制，空間目標模擬裝置(5)按照接收到的指令實現(xiàn)空間目標的狀態(tài)復現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測量空間目標模擬裝置(5)的數(shù)據(jù)信息并傳送給飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)，飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計算控制量并發(fā)送給飛行器動力學模擬裝置(I)，綜合監(jiān)控裝置(6)接收其他裝置的數(shù)據(jù)信息進行顯示、存儲等任務。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于:所述的飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)的控制模塊直接采用嵌入式控制模塊，直接安裝在飛行器運動學模擬裝置(2)和空間目標模擬裝置(5)的機械平臺上，其與飛行器動力學模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡進行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡，能夠滿足高動態(tài)特性中對快速數(shù)據(jù)通訊和大批變量傳輸?shù)男枨蟆?br>【專利摘要】本發(fā)明提供一種空間飛行器控制系統(tǒng)地面仿真高速控制開發(fā)系統(tǒng)，包括飛行器動力學/飛行器運動學/飛行器控制系統(tǒng)/飛行器載荷/空間目標模擬裝置、綜合監(jiān)控裝置，飛行器動力學模擬裝置根據(jù)飛行器狀態(tài)信息計算得到飛行器當前位姿數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器運動學模擬裝置和空間目標模擬裝置，飛行器運動學模擬裝置按照接收到的指令控制運動模擬機構(gòu)實現(xiàn)相應位姿的控制，空間目標模擬裝置按照接收到的指令實現(xiàn)空間目標的狀態(tài)復現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置測量空間目標模擬裝置的數(shù)據(jù)信息并傳送給飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置，飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置根據(jù)測量數(shù)據(jù)和控制邏輯算法計算控制量并發(fā)送給飛行器動力學模擬裝置。本發(fā)明原理簡單、操作方便。
【IPC分類】G05B17/02
【公開號】CN105159144
【申請?zhí)枴緾N201510594729
【發(fā)明人】王常虹, 李莉, 夏紅偉, 馬廣程, 馬長波
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月10日