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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿真測(cè)試技術(shù)，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(shù)】
[0002]空間飛行器一旦發(fā)射將難以維修，其特殊的運(yùn)行環(huán)境使其地面仿真試驗(yàn)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(yīng)特性是一個(gè)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?jī)r(jià)值。
[0003]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，厲明、紀(jì)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(xué)精密工程》，2008年，第16卷第10期，頁(yè)碼1949-1955)中設(shè)計(jì)了基于快速仿真原型技術(shù)的大閉環(huán)半物理飛行實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，通過光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(tái)全物理仿真系統(tǒng)”(見《控制工程》，2001年，第3期，頁(yè)碼22-26)中介紹了一種大型衛(wèi)星三軸氣浮臺(tái)全物理仿真系統(tǒng)的組成、技術(shù)指標(biāo)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(dǎo)航制導(dǎo)與控制系統(tǒng)地面仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，基于模塊化設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)，具有原理簡(jiǎn)單、便于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

【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(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、容易工程實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)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(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)和飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標(biāo)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(jìn)行連接；試驗(yàn)中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計(jì)算得到飛行器當(dāng)前應(yīng)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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)模擬裝置(5)，飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位姿的控制，空間目標(biāo)模擬裝置(5)按照接收到的指令實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的狀態(tài)復(fù)現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測(cè)量空間目標(biāo)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(cè)量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計(jì)算控制量并發(fā)送給飛行器動(dòng)力學(xué)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(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等任務(wù)。
[0008]本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征:所述的飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)模擬裝置(5)的機(jī)械平臺(tái)上，其與飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足高動(dòng)態(tài)特性中對(duì)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(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、便于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012]實(shí)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(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)等組成。其中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)和飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標(biāo)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(jìn)行連接。
[0014]其中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)輸出飛行器的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)于半物理仿真，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)際使用的機(jī)/星載計(jì)算機(jī)的全物理模擬方式。而在全物理仿真中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)可以由氣浮臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0015]飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)飛行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)上往往安裝飛行器載荷模擬裝置(4)，以便實(shí)現(xiàn)飛行器載荷模擬裝置(4)在空間的運(yùn)動(dòng)情況模擬。對(duì)于半物理仿真，常?；诙嘧杂啥冗\(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)構(gòu)建，對(duì)于全物理仿真，則常?；跉飧∨_(tái)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(jì)算控制指令。它往往由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0017]飛行器載荷模擬裝置(4)則是飛行器實(shí)際載荷的地面仿真替代品，因?yàn)閷?shí)際載荷可能不適宜于在地面參與試驗(yàn)。
[0018]空間目標(biāo)模擬裝置(5)則是在試驗(yàn)中起到模擬飛行器在空間中運(yùn)行時(shí)的一些目標(biāo)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(gè)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，發(fā)送人機(jī)交互指令，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的管理。
[0020]實(shí)施例2，結(jié)合圖1，所述的飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)模擬裝置(5)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡(luò)，解決系統(tǒng)中的通訊瓶頸問題。
[0021]所述的飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)、空間目標(biāo)模擬裝置(5)的控制模塊直接采用“嵌入式與背負(fù)式”架構(gòu)，嵌入式控制模塊直接就近安裝在運(yùn)動(dòng)模擬裝置的機(jī)械平臺(tái)上，其與飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足高動(dòng)態(tài)特性中對(duì)快速數(shù)據(jù)通訊和大批變量傳輸?shù)男枨?，解決以往普通架構(gòu)的信息延遲問題。
[0022]試驗(yàn)中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計(jì)算得到飛行器當(dāng)前應(yīng)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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)模擬裝置(5)，飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位姿的控制，空間目標(biāo)模擬裝置(5)按照接收到的指令實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的狀態(tài)復(fù)現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測(cè)量空間目標(biāo)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(cè)量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計(jì)算控制量并發(fā)送給飛行器動(dòng)力學(xué)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(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等任務(wù)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]“嵌入式與背負(fù)式”就近控制架構(gòu)可以有效簡(jiǎn)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(jī)電信息電纜上臺(tái)的結(jié)構(gòu)相比可以大大提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)便于控制優(yōu)化，是提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的有效手段。
[0025]所采用的光纖網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)實(shí)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?yàn)橥ㄓ嵉膯栴}打折扣，使設(shè)計(jì)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(luò)根據(jù)實(shí)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(luò)。
[0026]實(shí)施例3
[0027]在半物理仿真中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)際使用的機(jī)/星載計(jì)算機(jī)的全物理模擬方式。而在全物理仿真中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)可以由氣浮臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0028]實(shí)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(cè)試仿真的實(shí)際需求安裝陀螺、慣組、光電組合或者微波雷達(dá)等飛行器實(shí)際使用的測(cè)量載荷或者使用其模擬設(shè)備。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)模擬裝置(5)和綜合監(jiān)控裝置(6)，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)和飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)、飛行器控制系統(tǒng)模擬裝置(3)、空間目標(biāo)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(jìn)行連接；試驗(yàn)中，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)根據(jù)飛行器的狀態(tài)信息計(jì)算得到飛行器當(dāng)前應(yīng)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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)模擬裝置(5)，飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)按照接收到的指令控制運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位姿的控制，空間目標(biāo)模擬裝置(5)按照接收到的指令實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的狀態(tài)復(fù)現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置(4)測(cè)量空間目標(biāo)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(cè)量數(shù)據(jù)和事先注入的控制邏輯算法計(jì)算控制量并發(fā)送給飛行器動(dòng)力學(xué)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(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等任務(wù)。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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)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(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置(2)和空間目標(biāo)模擬裝置(5)的機(jī)械平臺(tái)上，其與飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置(I)、綜合監(jiān)控裝置(6)之間通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，構(gòu)建全光纖快速網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足高動(dòng)態(tài)特性中對(duì)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(dòng)力學(xué)/飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)/飛行器控制系統(tǒng)/飛行器載荷/空間目標(biāo)模擬裝置、綜合監(jiān)控裝置，飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置根據(jù)飛行器狀態(tài)信息計(jì)算得到飛行器當(dāng)前位姿數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置和空間目標(biāo)模擬裝置，飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬裝置按照接收到的指令控制運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位姿的控制，空間目標(biāo)模擬裝置按照接收到的指令實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的狀態(tài)復(fù)現(xiàn)控制，飛行器載荷模擬裝置測(cè)量空間目標(biāo)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(cè)量數(shù)據(jù)和控制邏輯算法計(jì)算控制量并發(fā)送給飛行器動(dòng)力學(xué)模擬裝置。本發(fā)明原理簡(jiǎn)單、操作方便。
【IPC分類】G05B17/02
【公開號(hào)】CN105159144
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510594729
【發(fā)明人】王常虹, 李莉, 夏紅偉, 馬廣程, 馬長(zhǎng)波
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月10日