飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，包括動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)組成，飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)安裝在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)上，而動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)為分布式，所述的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括三軸氣浮臺(tái)、姿態(tài)測(cè)量裝置、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和質(zhì)量特性調(diào)整機(jī)構(gòu)。本發(fā)明飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真方法，可以充分利用各種分布在不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備組成一個(gè)整體的系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行組合，系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、費(fèi)用低，可以實(shí)現(xiàn)飛行器敏感器、控制算法的閉環(huán)試驗(yàn)，并且三軸氣浮臺(tái)提供的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是真實(shí)的控制結(jié)果。
【專利說(shuō)明】飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，具體說(shuō)就是一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置及方法。
【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，目前對(duì)于空間飛行器地面仿真主要分為三類:(I)數(shù)學(xué)/計(jì)算機(jī)軟件仿真；(2)半物理仿真；(3)全物理仿真。其中最有效、最有說(shuō)服カ的是全物理仿真試驗(yàn)。其核心設(shè)備室三軸氣浮臺(tái)，依靠壓縮空氣在氣浮軸承與軸承座之間形成的氣膜，使模擬臺(tái)體浮起，從而實(shí)現(xiàn)近似無(wú)摩擦的相對(duì)運(yùn)動(dòng)條件，以模擬衛(wèi)星等空間飛行器在外層空間所受干擾力矩很小的力學(xué)環(huán)境。實(shí)踐證明，基于氣浮臺(tái)的全物理仿真試驗(yàn)?zāi)軌蝻@著提高飛行器的效費(fèi)比，降低風(fēng)險(xiǎn)，縮短研發(fā)周期，是空間飛行器研制過(guò)程中的重要手段和方法。
[0003]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，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(jiàn)《控制工程》，2001年，第3期，頁(yè)碼22-26)中介紹了ー種大型衛(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，該系統(tǒng)屬于本地控制范疇，沒(méi)有基于分布式網(wǎng)絡(luò)化仿真的思想構(gòu)建。
[0004]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(jiàn)《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(guò)光纖反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)，但該系統(tǒng)仍然屬于本地仿真范疇，并且屬于半物理仿真，不適用于分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理仿真的設(shè)計(jì)。
[0005]中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00710064795.2)名稱“單軸全物理仿真磁浮臺(tái)”中公開(kāi)了一種單軸全物理仿真磁浮臺(tái)，主要用于對(duì)航天器等運(yùn)動(dòng)體的控制系統(tǒng)進(jìn)行全物理仿真，但該專利只給出了該磁浮臺(tái)的設(shè)計(jì)，不涉及該轉(zhuǎn)臺(tái)在具體仿真任務(wù)中的使用。
[0006]中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01010544722.5)名稱“衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)與控制分布式仿真平臺(tái)”中構(gòu)建ー種衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)與控制分布式數(shù)字仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的“柔性”設(shè)計(jì)，但該專利不適用于全物理仿真，不能用于分布式全物理仿真平臺(tái)的構(gòu)建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供ー種原理簡(jiǎn)單、操作方便、容易工程實(shí)現(xiàn)的、分布式網(wǎng)絡(luò)化的飛行器全物理地面仿真裝置及方法。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，包括動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)組成，飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)安裝在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)上，而動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)為分布式，所述的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括三軸氣浮臺(tái)、姿態(tài)測(cè)量裝置、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和質(zhì)量特性調(diào)整機(jī)構(gòu)。[0009]本發(fā)明還有這樣ー些技術(shù)特征:一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真方法，所述的運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)由三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)組成，飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)安裝在三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上，三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的姿態(tài)信息并控制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)該姿態(tài)的高精度復(fù)現(xiàn)，所使用的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)將測(cè)量到的姿態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)。
[0010]所述的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)控制算法計(jì)算控制量并將指令發(fā)送給動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)按照指令給氣浮臺(tái)施加控制カ矩，實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)的姿態(tài)控制。
[0011]本發(fā)明飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置及方法，可以充分利用各種分布在不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備組成一個(gè)整體的系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行組合，系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、費(fèi)用低，可以實(shí)現(xiàn)飛行器敏感器、控制算法的閉環(huán)試驗(yàn)，并且三軸氣浮臺(tái)提供的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是真實(shí)的控制結(jié)果，這是區(qū)別與目前其他仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述:
[0014]實(shí)施例1
[0015]結(jié)合圖1，一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，它是由動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)1、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)3、飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4組成，飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4安裝在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2上，而動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)1、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2以及遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)3是分布式的，也就是說(shuō)，它們可能是分布在不同區(qū)域進(jìn)行工作的，并且互相之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)指令及數(shù)據(jù)的傳輸。
[0016]所述的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4可以根據(jù)測(cè)試仿真的實(shí)際需求安裝陀螺、慣組或者微波雷達(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。
[0017]所述的ー種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，還具有以下特征:
[0018]1、所述的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)1、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2以及遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)3是分布式的，仿真時(shí)不要求設(shè)備在同一地點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程試驗(yàn)，避免了系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，可以大大提高設(shè)備資源的利用率，減少建設(shè)周期，節(jié)約建設(shè)經(jīng)費(fèi)。
[0019]2、所述的仿真裝置具有半物理仿真的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是由三軸氣浮臺(tái)實(shí)際運(yùn)行生成完成驅(qū)動(dòng)，因此同樣具有全物理仿真的優(yōu)點(diǎn)。
[0020]3、此外，本發(fā)明公開(kāi)的ー種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，其特點(diǎn)如下:
[0021]試驗(yàn)前，將待測(cè)飛行器測(cè)量載荷安裝在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，將待驗(yàn)證的控制算法注入遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)4，動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I的執(zhí)行器配置按照實(shí)際試驗(yàn)指標(biāo)配置。
[0022]試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將氣浮臺(tái)的姿態(tài)信息發(fā)送給運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2，運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I的姿態(tài)信息并控制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)該姿態(tài)的高精度復(fù)現(xiàn)，所使用的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4將測(cè)量到的姿態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)根據(jù)事先注入的算法計(jì)算控制量并將控制指令發(fā)送給動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I完成系統(tǒng)的閉環(huán)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]結(jié)合圖1，所述的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I主要是由三軸氣浮臺(tái)5，以及姿態(tài)測(cè)量裝置
6、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)7、質(zhì)量特性調(diào)整機(jī)構(gòu)8等組成，可以實(shí)現(xiàn)氣浮臺(tái)姿態(tài)的測(cè)量、氣浮臺(tái)姿態(tài)控制、質(zhì)量特性的調(diào)整，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將氣浮臺(tái)的姿態(tài)信息發(fā)送給運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2。其中姿態(tài)測(cè)量裝置可以使用中國(guó)發(fā)明專利“三軸氣浮臺(tái)高精度姿態(tài)角測(cè)量方法及其裝置”(申請(qǐng)?zhí)?201110249979.2)或者“三軸氣浮臺(tái)高精度姿態(tài)角度及角速度測(cè)量裝置”(申請(qǐng)?zhí)?201310134631.8)所使用的方法。氣浮臺(tái)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以采用反作用飛輪、冷氣推力系統(tǒng)等裝置，質(zhì)量特性調(diào)整裝置可以采用配重塊或者中國(guó)發(fā)明專利“三軸氣浮臺(tái)平衡方法”(專利號(hào):ZL200910071536.1)所使用的方法實(shí)現(xiàn)。
[0025]實(shí)施例3
[0026]結(jié)合圖1，所述的運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)2主要由三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)組成，在轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4，三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I的姿態(tài)信息并控制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)該姿態(tài)的高精度復(fù)現(xiàn)，所使用的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4將測(cè)量到的姿態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)。
[0027]實(shí)施例4
[0028]結(jié)合圖1，所述的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4的測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)控制算法計(jì)算控制量并將指令發(fā)送給動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)1，動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)I按照指令給氣浮臺(tái)施加控制カ矩，實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)的姿態(tài)控制。所述的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)3可以采用エ業(yè)控制機(jī)也可以采用飛行器實(shí)際使用的機(jī)/星載計(jì)算機(jī)。
[0029]實(shí)施例5
[0030]結(jié)合圖1，所述的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)4可以根據(jù)測(cè)試仿真的實(shí)際需求安裝陀螺、慣組或者微波雷達(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。
[0031]實(shí)施例6
[0032]所述的網(wǎng)絡(luò)可以采用普通以太網(wǎng)或者基于光纖構(gòu)建的高速網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1.一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真裝置，包括動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)(2)、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)(3)和飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)(4)組成，其特征在于:飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)(4)安裝在運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)(2)上，而動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)(2)以及遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)(3)為分布式，所述的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)包括三軸氣浮臺(tái)(5)、姿態(tài)測(cè)量裝置￠)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(7)和質(zhì)量特性調(diào)整機(jī)構(gòu)⑶。
2.一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真方法，其特征在于:所述的運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬子系統(tǒng)(2)由三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)組成，飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)(4)安裝在三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上，三軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)的姿態(tài)信息并控制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)該姿態(tài)的高精度復(fù)現(xiàn)，所使用的飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)(4)將測(cè)量到的姿態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種飛行器分布式網(wǎng)絡(luò)化全物理地面仿真方法，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)(3)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收飛行器測(cè)量載荷子系統(tǒng)(4)的測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)控制算法計(jì)算控制量并將指令發(fā)送給動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)，動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(I)按照指令給氣浮臺(tái)施加控制力矩， 實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)的姿態(tài)控制。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK103454927SQ201310381890
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】夏紅偉, 李莉, 馬廣程, 王常虹, 宋效正, 王艷敏, 任家棟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)