CN110442044A - 一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于垂直起降飞行器制导控制算法设计的半实物仿真平台，属于飞行器控制技术领域。所述平台包括综合仿真控制计算机、箭载计算机、执行机构、传感器和其他拓扑节点模块；所述箭载计算机通过串口通信与所述综合仿真控制计算机进行数据连接；所述综合仿真控制计算机通过D/A转换卡与所述执行机构进行数据连接；所述传感器通过串口与所述综合仿真控制计算机进行数据连接；所述其他拓扑节点模块的数据交互端与所述综合仿真控制计算机的对应端口相连。

Description

一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，属于飞行器控制技术领域。

背景技术

半实物仿真即硬件在回路中的仿真，可以使无法准确建立模型的部件直接进入仿真回路，通过模型与实物之间的切换，进一步校验模型，验证实物部件对系统性能的影响。半实物仿真在飞行器的测试中得到了广泛的应用。通过在回路中添加箭载计算机、舵机以及其它各种传感器等，构建半实物仿真系统。本垂直起降运载器半实物仿真系统在回路中增加了DSP(模拟箭载计算机),舵机等其他硬件。

在实际的箭上环境，箭载计算机与传感器设备之间通常采用串口通信的方式。半实物仿真系统中，都会有至少一台仿真计算机通过动力学解算模拟飞行器真实飞行状态。在实时仿真系统下，通信消耗的时间越多，仿真计算的步长越大，精度就会越低。随着技术的发展，处理器运算性能的提高，计算机、DSP的计算消耗的时间都非常短，由通信消耗的时间成为限制仿真步长的主要因素。为了保证实时性及更加逼近真实情况，通常半实物仿真系统中的箭载计算机与仿真计算机之间通过光纤通信来降低通信时延。但是通常情况下，存在数据通信量大，光纤反射内存网环节过多的情况。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的数据通信量大，光纤反射内存网环节过多的技术问题，提出了一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，所采取的技术方案如下：

一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，所述平台包括综合仿真控制计算机1、箭载计算机2、执行机构3、传感器4和其他拓扑节点模块5；所述箭载计算机2通过串口通信与所述综合仿真控制计算机1进行数据连接；所述综合仿真控制计算机1通过D/A转换卡与所述执行机构3进行数据连接；所述传感器4通过串口与所述综合仿真控制计算机1进行数据连接；所述其他拓扑节点模块5的数据交互端与所述综合仿真控制计算机1的对应端口相连。

进一步地，所述箭载计算机2是以DSP芯片为核心的数据处理系统；所述综合仿真控制计算机1采用PC机；所述DSP芯片与所述PC机之间通过串口通信进行数据传输；其中，串口通信的每个字节不单独设置校验位，而是用每组数据的最后一个字节进行校验；校验方式为：用最后一个字节代表的数字表示前面所有数据位中“1”的个数，如此设置用以尽可能的缩短数据长度。

进一步地，所述串口通信的整体数据结构为：

由PC机向DSP芯片传输数据的数据结构为：

字节1～8对应数据类型为double，所表示数据内容为位置x；

字节9～16对应数据类型为double，所表示数据内容为位置y；

字节17～24对应数据类型为double，所表示数据内容为位置z；

字节25～32对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vx；

字节33～40对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vy；

字节41～48对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vz；

字节49～56对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角p；

字节57～64对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角q；

字节65～72对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角r；

字节73～80对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w1；

字节81～88对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w2；

字节89～96对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w3；

字节97～100对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Nx；

字节101～104对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Ny；

字节105～108对应数据类型为float，所表示数据内容为剩余飞行时间；

字节110对应数据类型为UINT16，所表示数据内容为校验位；

由DSP芯片向PC机传输数据的数据结构为：

字节1～4对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令1；

字节5～8对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令2；

字节9～12对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令3；

字节13对应数据类型为Uint_8，所表示数据内容为校验位。

本发明有益效果：

本发明提出的一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，相比于传统的飞行器半实物仿真系统，在不影响仿真效果的情况下，缩减了光纤反射内存网环节；采用了一种针对于串口通信的新型数据格式和数据结构，通过在整个数据末端增加校验字节来代替每个字节后的校验位，有效减少了数据通信量。本发明所述平台结构移除了光纤反射内存网络，减少了昂贵的光纤反射内存卡与光纤hub带来的开支。此基于串口通信的数据格式的数据传输量较小，通过在整个数据最后增加一个校验位来代替每个字节后有的一个校验位的方式，可以分别在PC→DSP和DSP→PC环节减小7.4％和1.5％。

附图说明

图1为本发明所述平台的系统结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1：

针对此垂直起降飞行器半实物仿真系统，需要验证的是制导控制算法在箭载计算机中的运算性能和在回路中加入实物后的可行性。传统飞行器半实物仿真系统中的光纤反射内存网的意义不大，所以提出了一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，如图1所示，所述平台包括综合仿真控制计算机1、箭载计算机2、执行机构3、传感器4和其他拓扑节点模块5；所述箭载计算机2通过串口通信与所述综合仿真控制计算机1进行数据连接；所述综合仿真控制计算机1通过D/A转换卡与所述执行机构3进行数据连接；所述传感器4通过串口与所述综合仿真控制计算机1进行数据连接；所述其他拓扑节点模块5的数据交互端与所述综合仿真控制计算机1的对应端口相连。所述平台将仿真计算机，数据采集计算机的功能整合到一起，使其同时拥有综合仿真计算、数据采集的功能。箭载计算机与综合仿真控制计算机通过串口通信交互信息，并且通过综合仿真控制计算机向执行机构下达控制指令。通过让综合仿真计算机与箭载计算机进行串口通信，获得与传统半实物仿真系统相同的仿真效果。

在本垂直起降运载器半实物仿真系统中，DSP与仿真计算机的通信的内容包括：飞行器位置、速度、姿态、角速度、舵机控制指令、过载、剩余时间、校验位，这些内容都是由数字组成。在计算机和DSP中计算的数据类型都采用精度较高的双精度浮点型(占8字节)。但在通信中，一些对精度要求不是特别高的数据可以采用单精度浮点型(占4字节)以减少通信数据量。根据每组数据对精度要求的不同而分配数据类型，分配的结果如表1所示：

表1

内容	单位	数据类型
			位置	m	双精度浮点
速度	m/s	双精度浮点
			姿态角	rad/s	双精度浮点
姿态角速度	rad/s	双精度浮点
			过载	1	单精度浮点
剩余时间	s	单精度浮点
			舵机控制指令	rad	单精度浮点
校验位	1	Uint_8

单精度、双精度浮点型数据序列化后的排序方式采用计算机处理效率较高的小端字节序。

所述箭载计算机2是以DSP芯片为核心的数据处理系统；所述综合仿真控制计算机1采用PC机；所述DSP芯片与所述PC机之间通过串口通信进行数据传输；其中，串口通信的每个字节不单独设置校验位，而是用每组数据的最后一个字节进行校验；校验方式为：用最后一个字节代表的数字表示前面所有数据位中“1”的个数，如此设置用以尽可能的缩短数据长度。

所述串口通信的整体数据结构为：

由PC机向DSP芯片传输数据的数据结构为：

字节1～8对应数据类型为double，所表示数据内容为位置x；

字节9～16对应数据类型为double，所表示数据内容为位置y；

字节17～24对应数据类型为double，所表示数据内容为位置z；

字节25～32对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vx；

字节33～40对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vy；

字节41～48对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vz；

字节49～56对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角p；

字节57～64对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角q；

字节65～72对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角r；

字节73～80对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w1；

字节81～88对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w2；

字节89～96对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w3；

字节97～100对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Nx；

字节101～104对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Ny；

字节105～108对应数据类型为float，所表示数据内容为剩余飞行时间；

字节110对应数据类型为UINT16，所表示数据内容为校验位；

由DSP芯片向PC机传输数据的数据结构为：

字节1～4对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令1；

字节5～8对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令2；

字节9～12对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令3；

字节13对应数据类型为Uint_8，所表示数据内容为校验位。

本发明提出的一种基于垂直起降飞行器制导控制算法设计的半实物仿真平台，相比于传统的飞行器半实物仿真系统，在不影响仿真效果的情况下，缩减了光纤反射内存网环节；采用了一种针对于串口通信的新型数据格式和数据结构，通过在整个数据末端增加校验字节来代替每个字节后的校验位，有效减少了数据通信量。本发明所述平台结构移除了光纤反射内存网络，减少了昂贵的光纤反射内存卡与光纤hub带来的开支。此基于串口通信的数据格式的数据传输量较小，通过在整个数据最后增加一个校验位来代替每个字节后有的一个校验位的方式，可以分别在PC→DSP和DSP→PC环节减小7.4％和1.5％。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (3)

1.一种用于飞行器制导控制算法验证的半实物仿真平台，其特征在于，所述平台包括综合仿真控制计算机(1)、箭载计算机(2)、执行机构(3)、传感器(4)和其他拓扑节点模块(5)；所述箭载计算机(2)通过串口通信与所述综合仿真控制计算机(1)进行数据连接；所述综合仿真控制计算机(1)通过D/A转换卡与所述执行机构(3)进行数据连接；所述传感器(4)通过串口与所述综合仿真控制计算机(1)进行数据连接；所述其他拓扑节点模块(5)的数据交互端与所述综合仿真控制计算机(1)的对应端口相连。

2.根据权利要求1所述半实物仿真平台，其特征在于，所述箭载计算机(2)是以DSP芯片为核心的数据处理系统；所述综合仿真控制计算机(1)采用PC机；所述DSP芯片与所述PC机之间通过串口通信进行数据传输；其中，串口通信的每个字节不单独设置校验位，而是用每组数据的最后一个字节进行校验；校验方式为：用最后一个字节代表的数字表示前面所有数据位中“1”的个数。

3.根据权利要求2所述半实物仿真平台，其特征在于，所述串口通信的整体数据结构为：

由PC机向DSP芯片传输数据的数据结构为：

字节1～8对应数据类型为double，所表示数据内容为位置x；

字节9～16对应数据类型为double，所表示数据内容为位置y；

字节17～24对应数据类型为double，所表示数据内容为位置z；

字节25～32对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vx；

字节33～40对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vy；

字节41～48对应数据类型为double，所表示数据内容为速度vz；

字节49～56对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角p；

字节57～64对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角q；

字节65～72对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角r；

字节73～80对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w1；

字节81～88对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w2；

字节89～96对应数据类型为double，所表示数据内容为姿态角速度w3；

字节97～100对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Nx；

字节101～104对应数据类型为float，所表示数据内容为过载Ny；

字节105～108对应数据类型为float，所表示数据内容为剩余飞行时间；

字节110对应数据类型为UINT16，所表示数据内容为校验位；

由DSP芯片向PC机传输数据的数据结构为：

字节1～4对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令1；

字节5～8对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令2；

字节9～12对应数据类型为float，所表示数据内容为舵偏角指令3；

字节13对应数据类型为Uint_8，所表示数据内容为校验位。