CN101398860B

CN101398860B - 基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法

Info

Publication number: CN101398860B
Application number: CN2007101223971A
Authority: CN
Inventors: 孙勇; 宋晓; 龚光红; 韩亮
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: CN101398860A

Abstract

本发明涉及飞行器控制系统设计领域中计算机仿真建模与集成制造的问题，具体地说是一种PDM与Matlab集成的实现方法，主要解决在飞行器控制系统异地协同设计过程中PDM与Matlab不能集成的问题。本发明以SmarTeam PDM系统为例，借助PDM的API函数和Matlab的接口，利用PDM自身的工具集成模块，实现了PDM和Matlab的集成，有效的提高了在飞行器控制系统异地协同设计过程中数据信息的交互、共享和集成，使用户可以方便的管理、操纵控制模型。本发明具有构造简洁，扩展性好，移植方便等优点，能够有效提高飞行器控制系统设计的效率。

Description

基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法，属于计算机仿真与集成制造领域。

背景技术

飞行器控制系统的设计包括设计装配，结构性能分析，动力学分析和控制系统设计等几个部分，设计装配主要通过Pro/E和CATIA来实现，结构性能分析主要通过Patran和Nastran来实现，动力学分析主要通过Adams来实现，控制系统设计主要通过Matlab来实现，然后通过PDM来管理各个部分。产品数据管理(PDM：Product Data Management)是近年来发展起来的一门新技术，其目的是在产品的整个开发周期内，为工程设计的各个单元系统提供统一的、安全的信息共享平台，从而实现缩短产品的研制开发周期、降低开发成本、提高设计质量、为企业赢得竞争的市场主动权和竞争优势。因而它在飞行器系统设计领域中得到了广泛的应用。作为一种典型的PDM工具，IBM公司的SmarTeam提供了完备的、使用便捷的、完全用户化的产品数据管理功能。

PDM系统的六大基本功能包括：图纸文档管理、产品结构与配置管理、零部件管理、属性数据与结构数据管理、项目与流程管理、系统集成。由于Matlab文件的特殊性，更多是以图形格式的形式来观察相应的特性或系统参数，所以在PDM系统中涉及到Matlab文件的主要是文档管理。

PDM系统中的文档类信息是最有价值的，它提供了丰富的信息，包括了图片、表格、图纸、网页等多种信息。SmarTeam有着完整的文档管理功能，包括新建、更新、浏览、删除等功能，满足了开发、设计、管理人员的相关需求。其内嵌的浏览器可以在不打开外部应用程序的基础上直接浏览包括Office和CAD系列软件在内的200多种文件，同时它提供了圈红功能，可以对文档资料进行批注和圈阅。

但是，目前在飞行器控制系统设计领域，尤其是飞行器控制系统异地协同设计方面存在着PDM系统不支持Matlab的技术问题，SmarTeam内嵌的浏览器不支持Matlab的两种主要的文件格式：图形格式(以下简称fig格式)和模型格式(由Simulink工具箱建模生成，以下简称mdl格式)。所以在SmarTeam中加入这两类的文档时，只有相应的启动Matlab后才能对文件进行浏览，而且不能进行圈红操作，这在很大程度上延长了产品开发、管理的时间，降低了异地协同设计的效率，无法体现出SmarTeam在文档管理方面的优越性。

无论是异地协同还是产品数据管理都涉及了多方面的知识，因此这类系统的开发是相当困难的，要深入了解各方面的相关知识。另外，我国的产品数据管理技术起步时间晚，很多科研院所、企业对其还不是很了解，但是应用要求却很迫切。因此，如何开发在不同专业领域内的产品数据管理就成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，利用PDM与Matlab等相关技术，结合飞行器控制系统设计领域的相关知识，提供一种基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法，以解决在飞行器控制系统设计过程中PDM系统不支持Matlab的技术问题，从而快速、便捷地使用PDM系统在飞行器系统异地协同设计中进行管理，达到提高飞行器设计及制造效率的目的。。

为完成发明目的，本发明采取的技术方案是：

主要通过Pro/E和CATIA来实现设计装配，主要通过Patran和Nastran来实现结构性能分析，主要通过Adams来实现动力学分析，主要通过Matlab来实现控制系统设计，然后通过PDM来管理各个部分；其中通过Matlab实现的控制系统设计是基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法，它包括以下几个步骤：

在PDM中利用自身的工具集成模块调用Matlab，实现控制系统模块格式转换的步骤，首先，在PDM的文档管理模块下，以其自身的工具集成模块作为开发接口，将控制系统组件化显示模块传递给Matlab。其次，通过PDM的工具集成模块作用，在Matlab环境中将控制系统组件化显示模块转换为相应的PDM可以浏览的格式。最后，再通过PDM工具集成模块的作用，将控制系统组件化显示模块转换后的格式传递回PDM。

在PDM中将转换后的控制系统模块添加到相应的模块中，实现与PDM管理下的控制模块的链接。

所说的调用Matlab使用的是以Matlab为自动化服务器，以自身的工具集成模块为自动化控制器的集成方法。

所说的控制系统模块主要是指Matlab的图形格式和模型格式，在Matlab中将其转换为位图格式和EPS格式。

所说的添加到相应的类中是指，在PDM中添加Matlab的图形格式和模型格式操作后执行程序，使PDM在添加Matlab的图形格式和模型格式后，自动把原格式对应的位图格式和EPS格式也添加到相应的模块下。

从计算机技术上来说，本发明具有以下几个优点(发明的优点最好总结为使用了本发明公开的异地协同设计方法后，给现有的飞行器控制系统设计带来的优点，从而解决现有的技术问题，达到发明目的)：1、解决了飞行器控制系统异地协同设计中存在的PDM系统不支持Matlab的技术问题，避免了复杂的操作，从而缩短了产品开发、管理的时间，降低了开发成本，提高了异地协同设计的效率。2、利用系统自带工具。本发明所采用的开发工具都是自带的，这就简化了移植过程，适用于所有的版本，使用便捷，代码效率高。3、采用将Matlab文件转换成其它图形格式的方式。方便了Matlab文件的管理、维护，同时增强了文件的安全性。

附图说明

图1是本发明方法实施例的导弹总体协同设计模型图；

图2是本发明方法的PDM与Matlab集成示意图；

图3是本发明方法的开发模块关系图；

图4是本发明方法的方案流程图；

图5是本发明方法实施例的双通道控制方式导弹控制系统设计图；

图6是本发明方法实施例的双通道控制方式导弹偏航舵系统设计图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

以某型号导弹的设计为例，某研究所研制的某型号导弹由导引头、动力系统、制导控制装置、本体结构等组成，在总体设计阶段，主要是以导弹总体、结构系统设计、控制仿真系统为对象，以并行工作和协同仿真为主线，展开并行化产品开发的工作，包括设计装配，结构性能分析，动力学分析和控制系统设计等几个部分，设计装配主要通过Pro/E和CATIA来实现，结构性能分析主要通过Patran和Nastran来实现，动力学分析主要通过Adams来实现，控制系统设计主要通过Matlab来实现，然后通过PDM来管理各个部分，如图1所示。

在导弹设计过程中，应用PDM系统可以加快并行设计的速度，减少在交互过程中不必要的数据转换过程。PDM系统支持主要的CAD、CAE类工具，但是因为PDM系统不支持Matlab，当用户要浏览Matlab的文件时，只能另外启动Matlab，这使得不同系统的数据管理、交互更加复杂，因而会导致整个设计流程减缓。为提高开发效率，降低成本，需要将PDM系统与Matlab进行集成。

PDM系统与其它应用系统的集成是PDM系统开发中难度最大的环节，PDM系统与其它应用系统的集成模式主要有以下三种：一、封装模式；二、接口模式；三、紧密集成模式。本发明使用的PDM工具——SmarTeam提供了SmartBasic这个开发工具，它是Basic语言的加强版，除了包括标准的Basic，还提供了对SmarTeam的API函数的支持。在SmarTeam提供的脚本编辑器SmartScript Editor环境下，使用SmartBasic可以调用Matlab，自动完成SmarTeam的文件转换、添加、链接等操作，但因为无法获得Matlab的文件格式、结构，所以采用第二种集成模式——接口模式。即在SmarTeam中添加新的文档时，判断其是否为fig或mdl格式，即控制系统组件化显示模块，若满足条件则通过调用Matlab的内部命令将其自动转换为SmarTeam的内嵌浏览器支持的bmp和eps格式，这两种格式属于图片格式，不包含原来文件的外部信息，使用者可以通过这两种图片格式的文件来了解相应的参数、特性。将转换后的文件保存在与源文件相同的路径下，并可以将其添加到指定的类中。PDM与Matlab集成如图2所示。

图3是开发模块关系图，左侧是PDM系统的模块图，其中与导弹控制系统最为密切的就是PDM的文档管理模块，右侧是导弹控制系统及相应的控制系统组件化显示模块，PDM系统与导弹控制系统通过PDM的工具集成模块进行相应的信号传递。

图4是方案流程图，在导弹控制系统的异地协同设计设计中，控制系统设计人员、控制系统审批人员和总体系统审批人员处于不同的地理位置，三种人员可以按照图4所示的流程进行导弹控制系统的异地协同设计。

具体在导弹的控制系统设计部分，下面以简化的双通道控制方式的导弹系统为例，来说明PDM与Matlab集成技术在其中的应用。如图5所示，显示了双通道控制方式导弹的控制系统设计模型图，其中包含了俯仰和偏航等分系统。图6是对应的导弹偏航舵系统的设计模型图。通过Matlab在不同的节点进行不同分系统的并行设计，在设计的过程中，不同的节点可以把自己设计的包含导弹参数及特性的mdl(fig)格式和相对应的eps(bmp)格式添加到PDM系统中。同时，每个节点可以通过eps(bmp)格式来了解其他节点设计的参数及特性，通过设置好的文档管理的功能可以把mdl(fig)格式下载到本机进行观测调试。

另外，出于安全性的考虑，可以对不同的节点设置不同的权限。比如可以设置成只有在PDM系统的服务器端才可以下载各分系统上传的mdl(fig)格式，由服务器端进行组装、调试，然后它将整个系统相应的包含参数及特性的eps(bmp)格式添加到PDM系统之中供其它节点参考，而一般节点只能下载eps(bmp)格式，而不能下载其它节点的mdl(fig)格式。因为eps(bmp)格式属于图片格式，无法直接进行仿真，这样就有效提高了整个系统相关参数和特性的安全性。这个实施例有效的展示了在导弹设计过程中PDM与Matlab集成技术应用的重要性。

本发明以PDM工具——SmarTeam为例，实现了与Matlab的集成，达到了在PDM中能够以图形形式来管理、浏览Matlab模型格式和图形格式的目的，实现了在飞行器系统的协同设计过程中，PDM系统对控制模型的管理和维护，提高了飞行器设计和制造的效率。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，本发明还可应用到飞机等飞行器的设计领域，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。

Claims

1.一种基于PDM/Matlab的飞行器控制系统异地协同设计方法，包括设计装配，结构性能分析，动力学分析和控制系统设计部分，设计装配通过Pro/E和CATIA来实现，结构性能分析通过Patran和Nastran来实现，动力学分析通过Adams来实现，控制系统设计通过Matlab来实现，然后通过PDM来管理各个部分，其特征在于：通过Matlab来实现控制系统设计，使用PDM来管理，该设计方法依以下步骤进行：

步骤1)在PDM中利用自身的工具集成模块调用Matlab，实现控制系统模块格式转换的步骤：

a、在PDM中，以PDM自身的接口，将控制系统组件化模块传递给Matlab；

b、通过PDM的工具集成模块作用，在Matlab环境中将控制系统组件化模块转换为相应的PDM可以浏览的格式；

c、再通过PDM工具集成模块的作用，将控制系统组件化模块转换后的格式传递回PDM；

步骤2)在PDM中将转换后的控制系统模块添加到原模块所在路径，实现与PDM管理下的控制模块的链接。

2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于：步骤(1)所说的调用Matlab使用的是以Matlab为自动化服务器，以自身的工具集成模块为自动化控制器的集成方法。

3.根据权利要求1所说的方法，其特征在于：步骤(1)所说的控制系统模块格式是指Matlab的图形格式和模型格式，在Matlab中将其转换为位图格式和EPS格式。

4.根据权利要求1所说的方法，其特征在于：步骤(2)所说的添加到原模块所在路径是指，在PDM中添加Matlab的图形格式和模型格式操作后执行程序，使PDM在添加Matlab的图形格式和模型格式后，自动把原来对应的位图格式和EPS格式也添加到原模块所在路径。