CN106707791A - 运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法，该方法包含步骤：S1，通过半实物仿真系统进行运载火箭控制系统半实物仿真时，同步仿真系统进行数学仿真，将半实物仿真和数学仿真各环节的输出数据实时对比，根据输出数据的偏差情况，实时评价半实物仿真系统的运行情况，控制仿真过程的运行或停止；S2，试验后，通过对整个周期半实物仿真和数学仿真各环节输出数据的分析，实现对整个半实物仿真过程的评价。本发明实现了对半实物仿真系统的实时监测，提高了系统的可靠性。

Description

运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法

技术领域

本发明涉及运载火箭控制系统半实物仿真领域，特别涉及一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法。

背景技术

现有运载火箭控制系统半实物仿真系统中，用仿真机解算箭体环节，其他环节例如惯组、箭机和伺服机构等用真实产品实现，通常做完半实物仿真试验，将试验数据和数学仿真比对，来评价半实物仿真的有效性。由于半实物仿真是闭环仿真，这种方法不能实时发现半实物仿真各环节数据异常问题，从而导致问题节点判断困难。半实物仿真试验设备包含三轴转台、火箭发动机等大型试验设备，试验过程中数据发散不能及时发现，会造成试验设备损坏，转台“飞车”等问题还有可能对参试人员的安全造成威胁。因此，在半实物仿真试验过程中，亟需一种可以实时监控关键环节输出的同步数学仿真方法，在输出异常时及时的发现并停止半实物仿真试验，避免造成不必要的损坏。在试验强停后，可以通过对比分析半实物和同步数学仿真各环节的数据来判断故障的节点。

发明内容

本发明的目的是提供一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法，在现有运载火箭半实物仿真系统的基础上，同步引入数学模型构建的开环仿真系统，在相同的摆角输入下，实时比较半实物仿真系统和数学模型搭建的仿真系统的关键节点的输出数据，从而实现对整个半实物仿真系统有效性的同步监控和评价。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统，其特点是，包含：

半实物仿真系统，用于输出真实发动机摆角信息；

同步仿真系统，其根据所述的真实发动机摆角信息生成摆角控制指令；

数据采集监测系统，其输入端分别连接半实物仿真系统和同步仿真系统。

所述的半实物仿真系统包含：

模型仿真机，用于解算箭体运动模型；

箭体动力学控制系统，其输入端连接模型仿真机，输出箭体动力学控制指令；

伺服机构，其输入端连接箭体动力学控制系统；

摆角传感器，其与伺服机构相连，用于输出真实发动机摆角信息至所述的同步仿真系统。

所述的同步仿真系统为开环控制。

一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价方法，其特点是，该方法包含步骤：

S1，通过半实物仿真系统进行运载火箭控制系统半实物仿真时，同步仿真系统进行数学仿真，将半实物仿真和数学仿真各环节的输出数据实时对比，根据输出数据的偏差情况，实时评价半实物仿真系统的运行情况，控制仿真过程的运行或停止；

S2，试验后，通过对整个周期半实物仿真和数学仿真各环节输出数据的分析，实现对整个半实物仿真过程的评价。

所述的步骤S1包含：

S1.1，运行实时半实物仿真系统，将每一拍真实发动机摆角信号都作为同步仿真系统的输入，和半实物仿真在相同的时钟条件下同步运行同步仿真系统；

S1.2，设置数据采集监测系统对实时仿真数据的实时对比功能，将半实物仿真和同步数学仿真各环节输出每一拍数据进行实时对比，对半实物仿真各环节的异常情况进行实时监测；

S1.3，若半实物仿真和同步数学仿真变量的偏差大于门限值，则发出警报，强制停止半实物仿真系统，若半实物仿真和同步数学仿真变量偏差在门限范围内，则继续试验，保存试验数据。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

在进行半实物仿真试验时，将发动机伺服摆角信号接入同步数学仿真中，设置数据采集处理系统对实时仿真数据的实时对比功能，将半实物仿真和同步数学仿真关键环节输出每一拍数据进行实时对比，实现对半实物仿真各环节的异常情况的实时监测，在数据发散时及时停止试验，从而避免参试设备损坏等问题。将真实伺服机构的摆角信号和同步模拟仿真算出的摆角曲线进行实时比对，仿真人员可以在屏幕上实时观测两种信号的曲线，从而实现对半实物仿真过程的实时监测。试验强制停止或者仿真结束后，对两种输出数据进行比对分析，实现对故障节点的判别以及对整个半实物仿真系统的评价。

附图说明

图1为本发明一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统的框图；

图2为本发明一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价方法的流程图

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统，包含：半实物仿真系统1，用于输出真实发动机摆角信息；同步仿真系统2，其根据所述的真实发动机摆角信息生成摆角控制指令；数据采集监测系统3，其输入端分别连接半实物仿真系统和同步仿真系统。半实物仿真的真实发动机摆角测量信息通过A/D接口接入同步数学仿真系统；半实物仿真系统1的各环节输出信号(包含箭上真实产品的输出信号：箭载计算机输出的摆角控制信号、速率陀螺输出信号、惯组脉冲，仿真机输出的模型解算参数以及真实发动机的摆角信号)通过1553B总线采集，同步仿真系统2的各环节输出信号(同步仿真中控制回路各环节的传递函数输出：箭体模型解算输出、速率陀螺传递函数输出、惯组脉冲传递函数脉冲输出、伺服机构传递函数输出)通过反射内存卡采集，输出到数据采集监视系统；数据采集监测系统3实时显示数据对比结果，同时具备后台数据处理、决策并控制仿真运行状态的功能。

上述的半实物仿真系统包含：模型仿真机11，用于解算箭体运动模型；箭体动力学控制系统12，其输入端连接模型仿真机11，输出箭体动力学控制指令；伺服机构13，其输入端连接箭体动力学控制系统；摆角传感器14，其与伺服机构13相连，用于输出真实发动机摆角信息至所述的同步仿真系统。

上述的同步仿真系统为开环控制。

一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价方法，该方法包含步骤：

S1，通过半实物仿真系统进行运载火箭控制系统半实物仿真时，同步仿真系统进行数学仿真，将半实物仿真和数学仿真各环节的输出数据实时对比，根据输出数据的偏差情况，实时评价半实物仿真系统的运行情况，控制仿真过程的运行或停止；

S2，试验后，通过对整个周期半实物仿真和数学仿真各环节输出数据的分析，实现对整个半实物仿真过程的评价。

上述的步骤S1包含：

步骤S1.1，运行实时半实物仿真系统，将每一拍真实发动机摆角信号都作为同步仿真系统的输入，和半实物仿真在相同的时钟条件下同步运行同步仿真系统；

以俯仰通道为例，对同步数学仿真环节进行说明。

同步数学仿真环节的输入信号为真实伺服机构的摆角进入箭体运动模型解算，通过惯性测量环节(包括惯组和速率陀螺仪)获得测量信息，箭机采样测量信息，经校正网络差分方程进行信息综合运算得到相应的控制指令，在经过伺服系统传递函数后得到伺服输出

信息综合方程为

控制方程为

其中，W_i′(X_PT)为姿态角测量元件安装处的i次振型斜率，W_i′(X_ST)为姿态角速率测量元件安装处的i次振型斜率；

W_PT(s)为平台式惯组传递函数；

W_ST(s)为速率陀螺仪传递函数；

W_JL(s)为前置滤波器传递函数；

为Δφ姿态角通道静态放大系数；

为Δφ姿态角速度通道静态放大系数；

为Δφ波道数字校正网络经连续化处理后传递函数；

W_SX(s)为伺服系统传递函数；

W₀(s)为零阶保持器的传递函数，其中T为实时控制周期；

W_E(s)为e^-TεS，计算延迟传递函数。

通过数据采集系统对同步数学仿真的输入、输出信号进行采集，在屏幕上显示数据曲线供试验人员参考。

步骤S1.2，设置数据采集监测系统对实时仿真数据的实时对比功能，将半实物仿真和同步数学仿真各环节输出每一拍数据进行实时对比，对半实物仿真各环节的异常情况进行实时监测，具体实施例中可以只选取两组仿真数据进行实时对比，δ_G0为惯组俯仰方向速率陀螺偏差门限、δ_A0为俯仰方向速率陀螺偏差门限，如果两组数据以上数据偏差值大于相应门限，则k_G0_i为1，否则为0，默认为0。当k_G0_i为1时，强制停止半实物仿真系统。当k_D0_i为0时，半实物仿真试验进行下一周期。

步骤S1.3，若半实物仿真和同步数学仿真变量的偏差大于门限值，则发出警报，强制停止半实物仿真系统，若半实物仿真和同步数学仿真变量偏差在门限范围内，则继续试验，保存试验数据。

综上所述，本发明一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统和方法，实现了对半实物仿真系统的实时监测，提高了系统的可靠性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统，其特征在于，包含：

半实物仿真系统，用于输出真实发动机摆角信息；

同步仿真系统，其根据所述的真实发动机摆角信息生成摆角控制指令；

数据采集监测系统，其输入端分别连接半实物仿真系统和同步仿真系统。

2.如权利要求1所述的运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统，其特征在于，所述的半实物仿真系统包含：

模型仿真机，用于解算箭体运动模型；

箭体动力学控制系统，其输入端连接模型仿真机，输出箭体动力学控制指令；

伺服机构，其输入端连接箭体动力学控制系统；

摆角传感器，其与伺服机构相连，用于输出真实发动机摆角信息至所述的同步仿真系统。

3.如权利要求1所述的运载火箭控制系统半实物仿真同步评价系统，其特征在于，所述的同步仿真系统为开环控制。

4.一种运载火箭控制系统半实物仿真同步评价方法，其特征在于，该方法包含步骤：

S1，通过半实物仿真系统进行运载火箭控制系统半实物仿真时，同步仿真系统进行数学仿真，将半实物仿真和数学仿真各环节的输出数据实时对比，根据输出数据的偏差情况，实时评价半实物仿真系统的运行情况，控制仿真过程的运行或停止；

S2，试验后，通过对整个周期半实物仿真和数学仿真各环节输出数据的分析，实现对整个半实物仿真过程的评价。

5.如权利要求4所述的运载火箭控制系统半实物仿真同步评价方法，其特征在于，所述的步骤S1包含：

S1.1，运行实时半实物仿真系统，将每一拍真实发动机摆角信号都作为同步仿真系统的输入，和半实物仿真在相同的时钟条件下同步运行同步仿真系统；

S1.2，设置数据采集监测系统对实时仿真数据的实时对比功能，将半实物仿真和同步数学仿真各环节输出每一拍数据进行实时对比，对半实物仿真各环节的异常情况进行实时监测；

S1.3，若半实物仿真和同步数学仿真变量的偏差大于门限值，则发出警报，强制停止半实物仿真系统，若半实物仿真和同步数学仿真变量偏差在门限范围内，则继续试验，保存试验数据。