基于VeriStand的制导系统半实物仿真平台的研究

曲目:基于VeriStand的制导系统半实物仿真平台的研究
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时间:2018/06/20
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  :为保证制导系统半实物仿真的实时性和准确性,缩短开发周期,本文基于VeriStand、Simulink和PharLap组合方式构建实时仿真平台。该平台通过VeriStand实现对仿真模型的在线管理和仿真试验的控制,以及对模型参数的在线显示和修改;采用PharLap实时操作系统保证仿真模型执行的实时性,通过Simulink对系统进行建模,达到快速仿真设计、降低开发周期、弱化人为影响的目的。制导半实物仿真试验表明:仿真平台工作可靠,实时性能好,能够提高半实物仿真试验的开发效率和可靠性。

  摘要:为保证的实时性和准确性,缩短开发周期,本文基于VeriStand、Simulink和PharLap组合方式构建实时仿真平台。该平台通过VeriStand实现对仿真模型的在线管理和仿真试验的控制,以及对模型参数的在线显示和修改;采用PharLap实时操作系统保证仿真模型执行的实时性,通过Simulink对系统进行建模,达到快速仿真设计、降低开发周期、弱化人为影响的目的。制导半实物仿真试验表明:仿真平台工作可靠,实时性能好,能够提高半实物仿真试验的开发效率和可靠性。

  运载火箭控制系统的主要功能是制导、姿态控制和指令控制等[1]。制导的任务是对火箭质心的运动参数进行实时敏感测量、计算和控制。当火箭的运动参数达到要求值时,关闭发动机,使火箭按设计的轨道飞行[1]。半实物仿真试验技术是运载火箭控制系统研制不可缺少的手段[2]。通过半实物仿真试验能够考核箭载计算机飞行软件和制导系统方案的正确性,保证火箭飞行可靠。

  仿真软件是整个仿线],仿真软件的质量直接影响半实物仿真试验结果的精度和可靠性。火箭控制系统具有高速实时的特点,在箭载计算机中,数据采样时间间隔一般为几毫秒到几十毫秒,计算周期等于采样间隔时间或它的数倍[4],这就要求仿真系统具备实时性。对于不同型号的半实物仿真,由于设计人员能力不一,不能保证仿真软件准确可靠,从而影响试验的周期和结果。

  制导系统半实物仿真的实时性、可靠性,降低开发周期。本文提出一种基于VeriStand、Simulink和PharLap组合的方式构建半实物实时仿真平台,一方面通过PharLap操作系统保证了系统仿真的实时性,另一方面利用Simulink建模并生成代码达到快速仿真的目的,缩短项目开发周期。同时通过VeriStand可以实现对实时仿真平台进行管理和在线显示、修改仿真模型参数,实现对仿真过程的在线 VeriStand和平台硬件组成

  1.1 VeriStand简介VeriStand[5]是一款开放的实时测试和仿真软件。它支持多种模型开发环境,包含Simulink、LabVIEW、MapleSim、FORTRAN/C/C++等。用户通过它能够实时编辑用户界面、控制和显示仿真模型参数、监控和管理仿线 平台硬件组成

  实时仿真机硬件由NI机箱PXI-1042Q、零槽控制器PXI-8110以及实现相关功能的IO板卡组成。IO功能板卡包括1553B总线通信模块、秒脉宽输出模块和状态(继电器、0/10V等)输出模块。平台硬件结构框图如图1所示。

  1553B通信模块采用AIT的PXI-1553B 2通道板卡,用来模拟箭上单机的接口与箭体计算机进行1553B的数据通信。

  秒脉冲输出模块用来模拟GNSS秒脉冲信号,对箭体计算机进行校对;状态输出模块用来模拟星箭分离信号。秒脉冲输出模块和状态输出模块均为自研产品,结构上采用子母板结合的方式,子板的主体为FPGA,它将实现具体的逻辑功能。并将上行和下行数据进行保存。母板的主体为PCI9054,通过CPCI总线,负责FPGA的数据与零槽控制器的数据进行交换。板卡功能结构框图如图2所示。

  在仿线B板卡用来模拟多种箭上单机的接口,通信方式无规律,存在相应的C函数接口和LabVIEW函数接口。Custom Device的执行和仿真模型的执行是并行关系,不适合采用Custom Device实现1553B模块的读写功能。因此,对1553B模块的读写操作采用S函数[6]的方式实现。实现的功能有:1553B读数据功能、1553B写数据功能、16位CRC计算等。

  状态输出模块和秒脉冲输出模块为自研硬件模块,在操作这些模块之前,必须使这些硬件模块能被仿真平台识别。系统中使用NI-VISA Driver Wizard工具,根据设备的基本属性(PCI Device ID和Vector ID)生成文件,然后通过FTP下传到下位机,重启下位机后PharLap实时系统就能识别该硬件基本信息并分配硬件设备名称。

  按某型火箭搭建的制导系统半实物仿线所示。该平台由动力学上位机和目标机组成。两者通过以太网连接。上位机运行Simulink、LabVIEW、VeriStand和Visual Studio 2008四种软件环境,进行火箭动力学模型及对应硬件驱动接口模型的编译、下载和硬件在环的监控管理。下位机为PharLap系统,运行VeriStand引擎,配置的IO功能板卡包括:1553B总线通信模块,秒脉宽输出模块,状态(继电器、0/10V等)输出模块。

  本文通过VeriStand、Simulink、PharLap组合的方式来构建实时仿真平台,并成功地应用于火箭制导系统半实物实时仿真系统中。试验结果证明仿真平台工作可靠,实时性能好,能够满足火箭制导系统半实物仿真的实时性要求。同时平台降低了仿真软件开发周期,增强了仿真软件设计的可靠性,实现了对仿真模型的过程监控和控制,对其它半实物仿真平台的设计有一定的参考和借鉴意义。

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