CN106773794B - 自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，包含：S1、动力学仿真计算机采集控制力矩陀螺的真实单机测试口数据及数学模型数据；S2、判断真实单机测试口数据和数学模型数据是否变化；S3、在数学模型中设置AOCC控制指令计数器，并周期性发送计数值；S4、根据S2和S3判断当前接入半物理仿真系统的是真实单机或数学模型；S5、计算控制力矩，进行地面卫星半物理仿真试验的闭环控制。本发明能及时判断接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺的真实单机还是数学模型，保证计算控制力矩数据的真实性；节省半物理仿真试验的时间，保证仿真验证的可靠性，减少人为操作失误的可能性。

Description

自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法

技术领域

本发明涉及一种能自主判断执行机构真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，属于卫星仿真测试的技术领域。

背景技术

随着卫星仿真技术的发展，要求其具有自主测试、独立测试等功能。在测试方案上，要满足测试可靠性和验证充分性的要求，需要半物理仿真系统中的姿轨控计算机既可以与控制力矩陀螺真实单机通讯，也可以与数学模型通讯。因此，在测试过程中，需要频繁的切换控制力矩陀螺真实单机或其数学模型接入半物理仿真系统。

现有技术中，对于控制力矩陀螺的真实单机和数学模型的切换控制是由故障模拟控制台软件完成的，其只是完成对底层硬件板卡的操作，并没有向动力学计算机给出任何切换的信息。手动完成由控制力矩陀螺的真实单机向数学模型的切换，需要先给控制力矩陀螺发送外框位置回零指令和内转子回零指令，在真实单机回零之后，操作故障模拟控制台软件进行切换。为了后面继续使用控制力矩陀螺进行闭环试验，往往还需要再次发送控制力矩陀螺内转子启旋指令和外框回初始外置指令。同样的，由控制力矩陀螺的数学模型向真实单机的切换过程亦是如此。不难看出，现有技术中的切换过程操作繁琐，浪费了大量时间和精力，同时也不可避免因人为操作而产生的失误。

为了解决上述问题，目前亟需提出一种能够自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，能及时判断接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺的真实单机还是数学模型，保证计算控制力矩数据的真实性；节省半物理仿真试验的时间，保证仿真验证的可靠性，减少人为操作失误的可能性。

为实现上述目的，本发明提供一种自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，适用于卫星半物理仿真试验，包含以下步骤：

S1、建立控制力矩陀螺与动力学仿真计算机之间的接口连接，采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，采集控制力矩陀螺的数学模型数据；

S2、动力学仿真计算机分别对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据进行识别和校验，提取得到当前控制力矩陀螺的外框位置、外框转速和内转子转速，判断真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化；

S3、在控制力矩陀螺数学模型中，设置AOCC控制指令计数器，对AOCC发送给控制力矩陀螺的控制指令进行计数，并周期性的将计数值发送至动力学仿真计算机；

S4、根据动力学仿真计算机接收到的相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值，以及控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化，判断当前接入半物理仿真系统的是真实单机还是数学模型；

S5、根据当前接入半物理仿真系统的控制力矩陀螺的真实单机测试口数据或数学模型数据，计算控制力矩，进行地面卫星半物理仿真试验的闭环控制。

所述的S1中，动力学仿真计算机通过422串口卡采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，通过UDP接口采集控制力矩陀螺的数学模型数据。

所述的S1中，确定对控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据的采集周期为50ms；确定对控制力矩陀螺的数学模型数据的采集周期为50ms。

所述的S2中，判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SA21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

SA22、验证通过后，提取真实单机测试口数据中包含外框位置信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的外框位置δ_i；提取包含外框转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的外框转速δ_i；提取包含内转子转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的内转子转速n_i；

SA23、判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化；

Δδ_i(k)＝δ_i(k)-δ_i(k-1)≥0.1°；

Δn_i(k)＝n_i(k)-n_i(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框位置；为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框转速；n_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的内转子转速；

当控制力矩陀螺真实单机的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据变化。

所述的S2中，判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SB21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺数学模型数据进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

SB22、验证通过后，提取数学模型数据中包含外框位置信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的外框位置δ_i'；提取包含外框转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的外框转速δ_i'；提取包含内转子转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的内转子转速n_i'；

SB23、判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化；

Δδ_i'(k)＝δ_i'(k)-δ_i'(k-1)≥0.1°；

Δn_i'(k)＝n_i'(k)-n_i'(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框位置；为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框转速；n_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的内转子转速；

当控制力矩陀螺数学模型的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺数学模型数据变化。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、控制力矩陀螺数学模型对接收到的控制指令进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

S32、验证通过后，确定控制力矩陀螺数学模型接收到的控制指令正确，AOCC控制指令计数器的计数值加1；

S33、控制力矩陀螺数学模型通过UDP接口向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值。

所述的S32中，设置AOCC控制指令计数器的计数值初始值为0。

所述的S33中，确定控制力矩陀螺数学模型向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值的周期为500ms。

所述的S4中，具体包含以下步骤：

当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值大于等于1，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺数学模型；

当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值连续20个周期保持不变，且真实单机的测试口数据变化，且数学模型数据不变化，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺真实单机。

综上所述，本发明提供的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，适用于高稳定控制、快速机动的卫星半物理仿真试验，能及时判断接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺的真实单机还是数学模型，保证接入动力学仿真计算机用来计算控制力矩的数据的真实性；节省指令操作过程和半物理仿真试验的时间，保证仿真验证的可靠性，减少人为操作失误的可能性。

附图说明

图1为本发明中的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的流程图。

具体实施方式

以下结合图1，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1所示，为本发明所提供的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，适用于卫星半物理仿真试验，包含以下步骤：

S1、建立控制力矩陀螺与动力学仿真计算机之间的接口连接，采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，并采集控制力矩陀螺的数学模型数据；

S2、动力学仿真计算机分别对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据进行识别和校验，提取得到当前控制力矩陀螺的外框位置、外框转速和内转子转速，判断真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化；

S3、在控制力矩陀螺数学模型中，设置AOCC(卫星姿态与轨道控制计算机)控制指令计数器，在卫星半物理仿真试验过程中，对AOCC不断发送给控制力矩陀螺的控制指令进行计数，并周期性将计数值发送至动力学仿真计算机；

S4、根据动力学仿真计算机接收到的相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值，以及控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化，判断当前接入半物理仿真系统的是真实单机还是数学模型；

S5、根据当前接入半物理仿真系统的控制力矩陀螺的真实单机测试口数据或数学模型数据，计算控制力矩，作为卫星动力学、运动学的输入，进行地面卫星半物理仿真试验的闭环控制。

所述的S1中，动力学仿真计算机通过422串口卡采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，通过UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)接口采集控制力矩陀螺的数学模型数据。

所述的S1中，对控制力矩陀螺数据的采集精度越高，则控制力矩的误差就越小，但由于控制力矩陀螺的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)资源限制，两者平衡后，确定对控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据的采集周期为50ms。另外，为了保证控制力矩陀螺的数学模型的真实性，同样确定对控制力矩陀螺的数学模型数据的采集周期也为50ms。

所述的S2中，控制力矩陀螺真实单机的测试口数据共包含14个字节，其中第1个字节为识别码；第14个字节为校验码，由第1～13个字节累加得到；第2～4个字节包含控制力矩陀螺真实单机的外框位置信息；第5～7个字节包含控制力矩陀螺真实单机的外框转速信息；第8～9个字节包含控制力矩陀螺真实单机的内转子转速信息。

所述的S2中，判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SA21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据进行识别码和校验码的有效性验证；

SA22、验证通过后，提取真实单机测试口数据中的第2～4个字节，按原码解码后乘以分辨率360/2²¹°/bit，得到真实单机的外框位置δ_i；提取第5～7个字节，按原码解码后乘以分辨率360×5/2²¹°/s/bit，得到真实单机的外框转速δ_i；提取第8～9个字节，按原码解码后乘以分辨率0.5rpm/bit，得到真实单机的内转子转速n_i；

SA23、判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化；

Δδ_i(k)＝δ_i(k)-δ_i(k-1)≥0.1°；

Δn_i(k)＝n_i(k)-n_i(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框位置；为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框转速；n_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的内转子转速；

当控制力矩陀螺真实单机的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据变化。

所述的S2中，控制力矩陀螺数学模型数据共包含14个字节，其中第1个字节为识别码；第14个字节为校验码，由第1～13个字节累加得到；第2～4个字节包含控制力矩陀螺数学模型的外框位置信息；第5～7个字节包含控制力矩陀螺数学模型的外框转速信息；第8～9个字节包含控制力矩陀螺数学模型的内转子转速信息。

所述的S2中，判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SB21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺数学模型数据进行识别码和校验码的有效性验证；

SB22、验证通过后，提取数学模型数据中的第2～4个字节，按原码解码后乘以分辨率360/2²¹°/bit，得到数学模型的外框位置δ_i'；提取第5～7个字节，按原码解码后乘以分辨率360×5/2²¹°/s/bit，得到数学模型的外框转速提取第8～9个字节，按原码解码后乘以分辨率0.5rpm/bit，得到数学模型的内转子转速n_i'；

SB23、判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化；

Δδ_i'(k)＝δ_i'(k)-δ_i'(k-1)≥0.1°；

Δn_i'(k)＝n_i'(k)-n_i'(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框位置；δ_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框转速；n_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的内转子转速；

当控制力矩陀螺数学模型的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺数学模型数据变化。

所述的S3中，AOCC控制指令计数器的计数值初始值为0。

所述的S3中，AOCC发送给控制力矩陀螺的控制指令共包含6个字节，其中第1个字节为识别码；第6个字节为校验码，由第1～5个字节累加得到。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、控制力矩陀螺数学模型对接收到的控制指令进行识别码和校验码的有效性验证；

S32、验证通过后，确定控制力矩陀螺数学模型接收到的控制指令正确，AOCC控制指令计数器的计数值加1；

S33、控制力矩陀螺数学模型通过UDP接口向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值。

所述的S33中，由于AOCC的控制周期为500ms，因此确定控制力矩陀螺数学模型向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值的周期同样为500ms。

所述的S4中，具体包含以下步骤：

当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值大于等于1，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺数学模型；

当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值连续20个周期保持不变，且真实单机的测试口数据变化，且数学模型数据不变化，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺真实单机。

根据本发明提供的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，能判断当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺的真实单机还是数学模型，通过对应数据计算得到控制力矩，并作为卫星动力学、运动学的输入，对卫星的姿态进行控制，实现地面卫星半物理仿真试验的闭环控制。

本发明提供的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，适用于高稳定控制、快速机动的卫星半物理仿真试验；与现有技术相比，其具有以下优点和有益效果：本发明采用自主判断方法，及时判断接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺的真实单机还是数学模型，保证接入动力学仿真计算机用来计算控制力矩的数据的真实性。与现有技术中的人工切换方法相比，节省了大量的指令操作过程，节约了半物理仿真试验的时间，同时保证了仿真验证的可靠性，减少了因人为操作失误的可能性。

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 (8)

1.一种自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，适用于卫星半物理仿真试验，其特征在于，包含以下步骤：

S1、建立控制力矩陀螺与动力学仿真计算机之间的接口连接，采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，采集控制力矩陀螺的数学模型数据；

S2、动力学仿真计算机分别对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据进行识别和校验，提取得到当前控制力矩陀螺的外框位置、外框转速和内转子转速，判断真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化；

S3、在控制力矩陀螺数学模型中，设置AOCC控制指令计数器，对AOCC发送给控制力矩陀螺的控制指令进行计数，并周期性的将计数值发送至动力学仿真计算机；

S4、根据动力学仿真计算机接收到的相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值，以及控制力矩陀螺真实单机的测试口数据和数学模型数据是否变化，判断当前接入半物理仿真系统的是真实单机还是数学模型；

其中，当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值大于等于1，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺数学模型；

当相邻两个周期的AOCC控制指令计数器的计数值的差值连续20个周期保持不变，且真实单机的测试口数据变化，且数学模型数据不变化，判定当前接入半物理仿真系统的是控制力矩陀螺真实单机；

S5、根据当前接入半物理仿真系统的控制力矩陀螺的真实单机测试口数据或数学模型数据，计算控制力矩，进行地面卫星半物理仿真试验的闭环控制。

2.如权利要求1所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S1中，动力学仿真计算机通过422串口卡采集控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据，通过UDP接口采集控制力矩陀螺的数学模型数据。

3.如权利要求1所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S1中，确定对控制力矩陀螺的真实单机的测试口数据的采集周期为50ms；确定对控制力矩陀螺的数学模型数据的采集周期为50ms。

4.如权利要求1所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S2中，判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SA21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺真实单机的测试口数据进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

SA22、验证通过后，提取真实单机测试口数据中包含外框位置信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的外框位置δ_i；提取包含外框转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的外框转速提取包含内转子转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到真实单机的内转子转速n_i；

SA23、判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据是否变化；

Δδ_i(k)＝δ_i(k)-δ_i(k-1)≥0.1°；

Δn_i(k)＝n_i(k)-n_i(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框位置；为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的外框转速；n_i(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺真实单机的内转子转速；

当控制力矩陀螺真实单机的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺真实单机的测试口数据变化。

5.如权利要求4所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S2中，判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化的方法，具体包含以下步骤：

SB21、动力学仿真计算机对采集到的控制力矩陀螺数学模型数据进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

SB22、验证通过后，提取数学模型数据中包含外框位置信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的外框位置δ_i'；提取包含外框转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的外框转速提取包含内转子转速信息的字节，按原码解码后乘以分辨率，得到数学模型的内转子转速n_i'；

SB23、判断控制力矩陀螺数学模型数据是否变化；

Δδ_i'(k)＝δ_i'(k)-δ_i'(k-1)≥0.1°；

Δn_i'(k)＝n_i'(k)-n_i'(k-1)≥10rpm；

其中，i＝1,2,3,4,5,6；k＝1,2,3,4,...；δ_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框位置；为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的外框转速；n_i'(k)为第k个采样周期内第i个控制力矩陀螺数学模型的内转子转速；

当控制力矩陀螺数学模型的外框位置、外框转速和内转子转速中的任意一个参数在连续5个采样周期内均满足上述条件，则判断控制力矩陀螺数学模型数据变化。

6.如权利要求5所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、控制力矩陀螺数学模型对接收到的控制指令进行首字节识别码和末字节校验码的有效性验证；

S32、验证通过后，确定控制力矩陀螺数学模型接收到的控制指令正确，AOCC控制指令计数器的计数值加1；

S33、控制力矩陀螺数学模型通过UDP接口向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值。

7.如权利要求6所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S32中，设置AOCC控制指令计数器的计数值初始值为0。

8.如权利要求6所述的自主判断真实单机或数学模型接入半物理仿真系统的方法，其特征在于，所述的S33中，确定控制力矩陀螺数学模型向动力学计算机发送AOCC控制指令计数器的计数值的周期为500ms。