本發(fā)明涉及一種能自主判斷執(zhí)行機構真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，屬于衛(wèi)星仿真測試的技術領域。
背景技術：
隨著衛(wèi)星仿真技術的發(fā)展，要求其具有自主測試、獨立測試等功能。在測試方案上，要滿足測試可靠性和驗證充分性的要求，需要半物理仿真系統(tǒng)中的姿軌控計算機既可以與控制力矩陀螺真實單機通訊，也可以與數(shù)學模型通訊。因此，在測試過程中，需要頻繁的切換控制力矩陀螺真實單機或其數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術中，對于控制力矩陀螺的真實單機和數(shù)學模型的切換控制是由故障模擬控制臺軟件完成的，其只是完成對底層硬件板卡的操作，并沒有向動力學計算機給出任何切換的信息。手動完成由控制力矩陀螺的真實單機向數(shù)學模型的切換，需要先給控制力矩陀螺發(fā)送外框位置回零指令和內轉子回零指令，在真實單機回零之后，操作故障模擬控制臺軟件進行切換。為了后面繼續(xù)使用控制力矩陀螺進行閉環(huán)試驗，往往還需要再次發(fā)送控制力矩陀螺內轉子啟旋指令和外框回初始外置指令。同樣的，由控制力矩陀螺的數(shù)學模型向真實單機的切換過程亦是如此。不難看出，現(xiàn)有技術中的切換過程操作繁瑣，浪費了大量時間和精力，同時也不可避免因人為操作而產生的失誤。
為了解決上述問題，目前亟需提出一種能夠自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，能及時判斷接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺的真實單機還是數(shù)學模型，保證計算控制力矩數(shù)據的真實性；節(jié)省半物理仿真試驗的時間，保證仿真驗證的可靠性，減少人為操作失誤的可能性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，適用于衛(wèi)星半物理仿真試驗，包含以下步驟：
S1、建立控制力矩陀螺與動力學仿真計算機之間的接口連接，采集控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據，采集控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據；
S2、動力學仿真計算機分別對采集到的控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據進行識別和校驗，提取得到當前控制力矩陀螺的外框位置、外框轉速和內轉子轉速，判斷真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據是否變化；
S3、在控制力矩陀螺數(shù)學模型中，設置AOCC控制指令計數(shù)器，對AOCC發(fā)送給控制力矩陀螺的控制指令進行計數(shù)，并周期性的將計數(shù)值發(fā)送至動力學仿真計算機；
S4、根據動力學仿真計算機接收到的相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值，以及控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據是否變化，判斷當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是真實單機還是數(shù)學模型；
S5、根據當前接入半物理仿真系統(tǒng)的控制力矩陀螺的真實單機測試口數(shù)據或數(shù)學模型數(shù)據，計算控制力矩，進行地面衛(wèi)星半物理仿真試驗的閉環(huán)控制。
所述的S1中，動力學仿真計算機通過422串口卡采集控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據，通過UDP接口采集控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據。
所述的S1中，確定對控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據的采集周期為50ms；確定對控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據的采集周期為50ms。
所述的S2中，判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據是否變化的方法，具體包含以下步驟：
SA21、動力學仿真計算機對采集到的控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據進行首字節(jié)識別碼和末字節(jié)校驗碼的有效性驗證；
SA22、驗證通過后，提取真實單機測試口數(shù)據中包含外框位置信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到真實單機的外框位置δi；提取包含外框轉速信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到真實單機的外框轉速δi；提取包含內轉子轉速信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到真實單機的內轉子轉速ni；
SA23、判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據是否變化；
Δδi(k)＝δi(k)-δi(k-1)≥0.1°；
Δni(k)＝ni(k)-ni(k-1)≥10rpm；
其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δi(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的外框位置；為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的外框轉速；ni(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的內轉子轉速；
當控制力矩陀螺真實單機的外框位置、外框轉速和內轉子轉速中的任意一個參數(shù)在連續(xù)5個采樣周期內均滿足上述條件，則判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據變化。
所述的S2中，判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據是否變化的方法，具體包含以下步驟：
SB21、動力學仿真計算機對采集到的控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據進行首字節(jié)識別碼和末字節(jié)校驗碼的有效性驗證；
SB22、驗證通過后，提取數(shù)學模型數(shù)據中包含外框位置信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到數(shù)學模型的外框位置δi'；提取包含外框轉速信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到數(shù)學模型的外框轉速δi'；提取包含內轉子轉速信息的字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率，得到數(shù)學模型的內轉子轉速ni'；
SB23、判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據是否變化；
Δδi'(k)＝δi'(k)-δi'(k-1)≥0.1°；
Δni'(k)＝ni'(k)-ni'(k-1)≥10rpm；
其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δi'(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框位置；為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框轉速；ni'(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的內轉子轉速；
當控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框位置、外框轉速和內轉子轉速中的任意一個參數(shù)在連續(xù)5個采樣周期內均滿足上述條件，則判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據變化。
所述的S3中，具體包含以下步驟：
S31、控制力矩陀螺數(shù)學模型對接收到的控制指令進行首字節(jié)識別碼和末字節(jié)校驗碼的有效性驗證；
S32、驗證通過后，確定控制力矩陀螺數(shù)學模型接收到的控制指令正確，AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值加1；
S33、控制力矩陀螺數(shù)學模型通過UDP接口向動力學計算機發(fā)送AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值。
所述的S32中，設置AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值初始值為0。
所述的S33中，確定控制力矩陀螺數(shù)學模型向動力學計算機發(fā)送AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的周期為500ms。
所述的S4中，具體包含以下步驟：
當相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值大于等于1，判定當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺數(shù)學模型；
當相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值連續(xù)20個周期保持不變，且真實單機的測試口數(shù)據變化，且數(shù)學模型數(shù)據不變化，判定當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺真實單機。
綜上所述，本發(fā)明提供的自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，適用于高穩(wěn)定控制、快速機動的衛(wèi)星半物理仿真試驗，能及時判斷接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺的真實單機還是數(shù)學模型，保證接入動力學仿真計算機用來計算控制力矩的數(shù)據的真實性；節(jié)省指令操作過程和半物理仿真試驗的時間，保證仿真驗證的可靠性，減少人為操作失誤的可能性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中的自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的流程圖。
具體實施方式
以下結合圖1，詳細說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
如圖1所示，為本發(fā)明所提供的自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，適用于衛(wèi)星半物理仿真試驗，包含以下步驟：
S1、建立控制力矩陀螺與動力學仿真計算機之間的接口連接，采集控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據，并采集控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據；
S2、動力學仿真計算機分別對采集到的控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據進行識別和校驗，提取得到當前控制力矩陀螺的外框位置、外框轉速和內轉子轉速，判斷真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據是否變化；
S3、在控制力矩陀螺數(shù)學模型中，設置AOCC(衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制計算機)控制指令計數(shù)器，在衛(wèi)星半物理仿真試驗過程中，對AOCC不斷發(fā)送給控制力矩陀螺的控制指令進行計數(shù)，并周期性將計數(shù)值發(fā)送至動力學仿真計算機；
S4、根據動力學仿真計算機接收到的相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值，以及控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據和數(shù)學模型數(shù)據是否變化，判斷當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是真實單機還是數(shù)學模型；
S5、根據當前接入半物理仿真系統(tǒng)的控制力矩陀螺的真實單機測試口數(shù)據或數(shù)學模型數(shù)據，計算控制力矩，作為衛(wèi)星動力學、運動學的輸入，進行地面衛(wèi)星半物理仿真試驗的閉環(huán)控制。
所述的S1中，動力學仿真計算機通過422串口卡采集控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據，通過UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據報協(xié)議)接口采集控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據。
所述的S1中，對控制力矩陀螺數(shù)據的采集精度越高，則控制力矩的誤差就越小，但由于控制力矩陀螺的FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)資源限制，兩者平衡后，確定對控制力矩陀螺的真實單機的測試口數(shù)據的采集周期為50ms。另外，為了保證控制力矩陀螺的數(shù)學模型的真實性，同樣確定對控制力矩陀螺的數(shù)學模型數(shù)據的采集周期也為50ms。
所述的S2中，控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據共包含14個字節(jié)，其中第1個字節(jié)為識別碼；第14個字節(jié)為校驗碼，由第1～13個字節(jié)累加得到；第2～4個字節(jié)包含控制力矩陀螺真實單機的外框位置信息；第5～7個字節(jié)包含控制力矩陀螺真實單機的外框轉速信息；第8～9個字節(jié)包含控制力矩陀螺真實單機的內轉子轉速信息。
所述的S2中，判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據是否變化的方法，具體包含以下步驟：
SA21、動力學仿真計算機對采集到的控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據進行識別碼和校驗碼的有效性驗證；
SA22、驗證通過后，提取真實單機測試口數(shù)據中的第2～4個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率360/221°/bit，得到真實單機的外框位置δi；提取第5～7個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率360×5/221°/s/bit，得到真實單機的外框轉速δi；提取第8～9個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率0.5rpm/bit，得到真實單機的內轉子轉速ni；
SA23、判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據是否變化；
Δδi(k)＝δi(k)-δi(k-1)≥0.1°；
Δni(k)＝ni(k)-ni(k-1)≥10rpm；
其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δi(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的外框位置；為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的外框轉速；ni(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺真實單機的內轉子轉速；
當控制力矩陀螺真實單機的外框位置、外框轉速和內轉子轉速中的任意一個參數(shù)在連續(xù)5個采樣周期內均滿足上述條件，則判斷控制力矩陀螺真實單機的測試口數(shù)據變化。
所述的S2中，控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據共包含14個字節(jié)，其中第1個字節(jié)為識別碼；第14個字節(jié)為校驗碼，由第1～13個字節(jié)累加得到；第2～4個字節(jié)包含控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框位置信息；第5～7個字節(jié)包含控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框轉速信息；第8～9個字節(jié)包含控制力矩陀螺數(shù)學模型的內轉子轉速信息。
所述的S2中，判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據是否變化的方法，具體包含以下步驟：
SB21、動力學仿真計算機對采集到的控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據進行識別碼和校驗碼的有效性驗證；
SB22、驗證通過后，提取數(shù)學模型數(shù)據中的第2～4個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率360/221°/bit，得到數(shù)學模型的外框位置δi'；提取第5～7個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率360×5/221°/s/bit，得到數(shù)學模型的外框轉速提取第8～9個字節(jié)，按原碼解碼后乘以分辨率0.5rpm/bit，得到數(shù)學模型的內轉子轉速ni'；
SB23、判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據是否變化；
Δδi'(k)＝δi'(k)-δi'(k-1)≥0.1°；
Δni'(k)＝ni'(k)-ni'(k-1)≥10rpm；
其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δi'(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框位置；δi'(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框轉速；ni'(k)為第k個采樣周期內第i個控制力矩陀螺數(shù)學模型的內轉子轉速；
當控制力矩陀螺數(shù)學模型的外框位置、外框轉速和內轉子轉速中的任意一個參數(shù)在連續(xù)5個采樣周期內均滿足上述條件，則判斷控制力矩陀螺數(shù)學模型數(shù)據變化。
所述的S3中，AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值初始值為0。
所述的S3中，AOCC發(fā)送給控制力矩陀螺的控制指令共包含6個字節(jié)，其中第1個字節(jié)為識別碼；第6個字節(jié)為校驗碼，由第1～5個字節(jié)累加得到。
所述的S3中，具體包含以下步驟：
S31、控制力矩陀螺數(shù)學模型對接收到的控制指令進行識別碼和校驗碼的有效性驗證；
S32、驗證通過后，確定控制力矩陀螺數(shù)學模型接收到的控制指令正確，AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值加1；
S33、控制力矩陀螺數(shù)學模型通過UDP接口向動力學計算機發(fā)送AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值。
所述的S33中，由于AOCC的控制周期為500ms，因此確定控制力矩陀螺數(shù)學模型向動力學計算機發(fā)送AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的周期同樣為500ms。
所述的S4中，具體包含以下步驟：
當相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值大于等于1，判定當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺數(shù)學模型；
當相鄰兩個周期的AOCC控制指令計數(shù)器的計數(shù)值的差值連續(xù)20個周期保持不變，且真實單機的測試口數(shù)據變化，且數(shù)學模型數(shù)據不變化，判定當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺真實單機。
根據本發(fā)明提供的自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，能判斷當前接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺的真實單機還是數(shù)學模型，通過對應數(shù)據計算得到控制力矩，并作為衛(wèi)星動力學、運動學的輸入，對衛(wèi)星的姿態(tài)進行控制，實現(xiàn)地面衛(wèi)星半物理仿真試驗的閉環(huán)控制。
本發(fā)明提供的自主判斷真實單機或數(shù)學模型接入半物理仿真系統(tǒng)的方法，適用于高穩(wěn)定控制、快速機動的衛(wèi)星半物理仿真試驗；與現(xiàn)有技術相比，其具有以下優(yōu)點和有益效果：本發(fā)明采用自主判斷方法，及時判斷接入半物理仿真系統(tǒng)的是控制力矩陀螺的真實單機還是數(shù)學模型，保證接入動力學仿真計算機用來計算控制力矩的數(shù)據的真實性。與現(xiàn)有技術中的人工切換方法相比，節(jié)省了大量的指令操作過程，節(jié)約了半物理仿真試驗的時間，同時保證了仿真驗證的可靠性，減少了因人為操作失誤的可能性。
盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。