fccjxxw.com
非常超级学习网 学习超级帮手
当前位置:首页 >> >>

某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计_图文

第19卷第l期 2004年1月

海军航空工程学院学报
JOURNAL 0F NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE

V01.19

No.1

Jan.2004

某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计
吴进华1,马培蓓2,纪军2
(1.海军航空工程学院自动控制系;2.海军航空工程学院研究生管理大队,烟台,264001) 摘要:利用dsPAcE仿真平台进行某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计,比较传统方 法具有方便、高效、精确等优越性。简要介绍了dsPAcE实时仿真平台及其软件环境,并提出 了半实物仿真软件系统的具体设计方案。 关键词:dsPAcE仿真平台;数字仿真;半实物仿真;仿真软件 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A

由于半实物仿真软件在整个仿真过程中的重要作 用,使得它成为半实物仿真实验的关键,成为仿真技 术大型研究的重要课题。dSPACE实时仿真系统为半 实物仿真的应用提供了一个协调统一的一体化解决途 径。实现和MATLAB/Simulink的无缝连接,它拥有 具备高速计算能力的硬件系统,还拥有具备方便易用 的实现代码生成/下载和试验/调试的软件环境。本文以 某型反舰导弹为例,具体介绍半实物仿真系统的设计 方案。


dSPACE的软件环境主要由两大部分,一是实时
代码的生成和下载软件RTI(Real—Time Inte出ce), 它是连接dsPAcE实时系统与MATLAB/SimuliIll(的 纽带,通过对RTw(Real.Time workshop)进行扩展, 可以实现从simulink模型到dSPAcE实时硬件代码的 自动下载。另一部分为测试软件,包含综合实验与测

试环境(软件)ComolDesk、自动试验及参数调整软
件MLIB/MTRACE、PC与实时处理器通信软件CLIB 以及实时动画软件RealMotion等。 dsPACE实时仿真系统具有许多其它仿真系统无 法比拟的优点:【j1 ①dsPACE组合性很强;②dsPACE的过渡性 和快速性好。dsPACE能和MATLAB的无缝连接,使 MATLAB用户可以轻松掌握dsPACE的使用,方便地 从非实时分析、设计过渡到实时的分析和设计上来,

dSPACE仿真平台
dSPACE简介 dsPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开

1.1

发的一套基于MATLAB,Simulink的控制系统在实时 环境下的开发及测试工作平台,这个实时仿真系统实

大大节省了时间和费用;③性能价格比高。dSPACE
是一个操作平台,它可用于许多产品的开发或实时仿 真测试,而不是一物一用;④dSPAcE是基于Pc机 的Windows操作系统,dSPACE实时系统与主机的硬 件接口使用标准IsA总线,从而避免用户再增添别的 设备;⑤实时性好、可靠性高。 基于以上优点,dSPAcE已广泛应用于航空航天、 发动机、机器人及工业控制领域。
1.2

现了和MATLAB,SimuliIlk的无缝连接。【11dSPAI踵实
时系统由两大部分组成,一是硬件系统,二是软件环 境。其中硬件系统的主要特点是具有高速计算能力, 包括处理器和I/O接口等;软件环境可以方便地实现 代码生成/下载和试验调试等工作。dSPAcE具有强大 的功能,可以很好地完成控制算法的设计、测试和实 现,并为这一套并行工程提供了一个良好的环境。 dSPAcE的开发思路是:将系统或产品开发诸功 能与过程的集成和一体化,即从一个产品的概念设计 到数学分析和仿真,从实时仿真实验到实验结果的监 控和调节,都可以集成到一套平台中来完成。【21

dSPACE软件环境介绍

1.2.1代码的生成及下载软件

收稿日期:2003.08.06 作者简介:吴进华(1962一),男,教授,硕士.

万   方数据

124

海军航空工程学院学报

2004年第l期

描述控制系统的c代码可以由simulink方框图自 动生成并下载到实时系统硬件中,这项工作主要由 MATLAB瓜TW与dSPACE系统中的RTI来完成。 RTI的使用方法是用图形方式从dSPACE的RTI 库中选定相应的I/0模型,将其拖放到用Simulink搭 建的系统模型方框图中,并指定I/0参数以完成对它 的选定,然后要用鼠标点击一下对话框中的Build命 令,RTI就会自动编译、下载并启动实时模型。另外, RTI还根据信号和参数产生一个变量文件,可用 dSPACE的试验工具软件如con仃olDesk来进行变量的

2半实物仿真软件设计
2.1半实物仿真软件总体方案设计
某型反舰导弹的半实物仿真的硬件系统主要包 括:dsPAcE仿真计算机、三轴飞行模拟转台、适配 器、陀螺组合、控制组合、电动舵机、综合电源。软 件包括仿真软件和图形显示软件。在仿真过程中末制 导雷达、主发动机和助推器的推力、空气动力、目标 运动的计算采用数字仿真。将某型反舰导弹的控制系 统(无线电高度表除外)接人数字仿真模型回路,进 行半实物仿真,连接图见文献[4】(本期第128页图4)。 控制计算机是仿真计算机的上位机,控制计算机 采用的是P4/2G、内存256M的PC机,上面安装了 MATLAB6.5系列软件、dSPACE软件,它用于输入仿 真模拟,控制仿真过程,输出仿真结果,进行系统设 计、分析、数学仿真和实时仿真的监控和数据采集。 控制计算机和仿真计算机通过光纤连接。仿真计 算机即dsPACE仿真平台。dsPACE实时仿真系统有 高速计算能力的硬件系统,包括处理器、I/O等,还拥 有实现代码生成/下载和试验/调试的软件环境。在 dsPAcE强大能力的支持下,可很好地解决半实物仿 真的问题。dsPACE提供的硬件系统为以DSl005PPc 处理器板为主处理器板的系统及系列I,O板。 Dsl005板的技术特性为处理器是Motorola公司 的P0wER

访问。当仿真系统较复杂时,就需RTI一Ⅷ的帮助以
完成多处理器系统的设计并建立多处理器网络结构。 1.2.2测试软件 dsPACE提供的测试软件主要有:con仃olDesk综 合实验环境、MLIB/MrRACE实现自动试验及参数调 整软件…。
(1)Con仃olDesk

ContmlDesk是dsPACE公司开发的新一代综合试 验和测试软件工具,提供对试验过程的综合管理,它 可实现的功能包括:①对实时硬件的可视化管理;②

用户虚拟仪表的建立;③变量的可视化管理;④参
数的可视化管理;⑤试验过程的自动化。
(2)M[LIB/MTRACE

利用MLIB和MTRACE,可大大增强dSPACE实 时系统的自动试验能力。使用这两个库可在不中断试 验的情况下从MATLAB直接访问在dsPAcE板上运 行的应用程序中的变量,且有变量名就足够了。这样 就可以利用MATLAB的数字计算及图形能力进行顺 序自动测试、数据记录和控制参数的优化。 MLIB和MTRACE联合使用可组成一个完美的整 体。有MATLAB强大的计算能力做支持,可以自动 执行所能想到的任何试验。比如控制器的优化:用 MTRACE记录数据,然后将数据传送给MATLAB。 MATLAB自动计算出新的控制器参数,并通过MLIB 送回处理器板或控制板。

Pc750(480M№);32Kwords的片内数

据缓存及32KⅥrords的片内指令缓存。高速光纤接口, 传输速率大于12.5Gbi洮;Hs总线接口为32位同步I,O 总线,20Mbit,s传输速率,对新的I,O接口板提供 30Mbit,s传输速率,多至“个PHs总线中断。 为了满足半实物仿真的需求,dSPACE提供了系 列I/O板可供选择。我们采用了Ds4003数字I/O板、

DS2003A巾转换板、DS2 103D/A转换板。

对加、D/A而言,可以在不同的通道数、分辨
率及速度之间进行选择。具体技术特性分别见表1~3。

总之,dsPACE是进行基于Si舢link模型半实物
仿真和实时控制 的首选工具,利 用以上软件工具 可以完成从系统 建模、分析、离 线仿真到实时仿 真韵全过程,如 图l所示。
图l 利用dsPAcE实时仿真全过程

怨通道数分孵勰。委嚣望,板号嘉言
心删3±10v 雩学,zin麓。滩,。焉蔷,Dszoos赫
32m

室!

旦皇!!!!垒里堡竺垫查竺竺

~rD

16位

(16位)

(16位)

万   方数据

总第73期

吴进华等:某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计

表3数字IO DS4003的技术特性
定时及数字l,o板 数字I,0 通道数 定时器
16iIl

灯,同时通过状态信号接口,将此状态送人计算机,
板号
DS4003

分辨率

频率

使计算机掌握导弹目前的工作状态。完成此项任务需 采用的模块分别为DS4003IN-_Bl-P2一GD、

每8位一组可编程

DS4003IN』1_P2-G1、DS4003IN-B l-P2-G2。
2.2半实物仿真软件具体设计方案
本次半实物仿真实验采用某型反舰导弹的自动驾 驶仪(不包括无线电高度表)为实物,代替其数学模 型。为了把数字仿真模型与实物连接起来,需要将相 应的I/O设备接口引入到模型中。 2.2.1加入J/O模块 要建立某型导弹半实物仿真系统,将导弹控制系 统的数学模型换成实际设备时,要在模型中加入适当 在导弹弹道仿真过程中,计算机要对舵信号和姿 态角信号进行同步采样,这些信号的同步采样通过 刖D采样板实现。我们采用的是Ds2003刖D板。另外, 弹道仿真时导弹工作所需要的模拟信号(如姿态角模 拟信号)由仿真计算机的D/A接口送出,经过仿真适 配器的驱动电路驱送给导弹的相关电路,这是通过 Ds2103D/A板来实现其功能的。 2.2.2建立实时程序和下载 对于单处理器系统,产生模型的实时代码,步骤 为:①由于需要实时仿真,必须采用定步长的积分算 法;②在RTw中对Dsl005系统进行正确设置;③建 立和下载步骤可以通过Build按钮来开始。并将这个 代码下载到dsPAcE硬件上进行仿真。 首先在controldesk环境中注册dSPACE硬件,此 时RTw和RTI就会生成实时代码并且将它下载到 dSPAcE硬件上,完成建立和下载过程,就可以进行 实时仿真及仿真结果的监测和控制。 212.3综合实验和测试环境ControIdesk 利用Con仃oldesk可对仿真模型中各种信号和模 块参数进行可视化管理;建立虚拟仪表面板;完成在 线调整参数、跟踪实时曲线、记录实时数据等调试。

的∞设备模块,通过I,O模块的转换作用,将数字
仿真模型与实物连接起来。我们用的是Dsl005标准 组件系统,其中含有I/O设备板Ds2103(DAC)和 DS2003(ADC)及数字I/O DS4003。ADC和DAC有 不同的特性:ADC提供了多个标量端口,而DAC只 有一个向量端口。标量端口的I,o模块的特点是:可 以在一个模型中将同一个模块复制多次,只要不同的 复制块使用不同的通道进行通信即可。这样在模型的 建立过程中可以避免出现连线过长的情况,而且每个 通道采用不同的采样时间,而DAc在一个模型中不 能进行多次复制,而且每个通道的采样频率必须是一 致的。将I,O模块添加到模型中的方法,如同Simulilll( 其它模块的加入过程一样,在适当的模块库中拖出对 应的I/O模块放在需要的地方,然后对模块的设置进 行编辑以满足需要。 大多数的I,o通道都有一定的输入、输出范围, 在应用前应首先知道仿真中该通道的数值范围,如果 超出了模块允许的电平的范围,则应在输出的I,o模 块(相对模型而言)前加一个比例环节。同理,为了

3半实物仿真软件说明
3.1某型反舰导弹全数字仿真软件
某型反舰导弹全数字仿真软件是进行半实物仿真 的基础,用它可校准某型反舰导弹的数学模型,并作 为半实物仿真的基础。 在设计导弹的数字仿真模型时,除考虑一般的程 序设计规范外,还考虑了MATLAB/simulink的特点 和半实物仿真的一些要求。具体有以下特点: (1)仿真模型结构清楚。仿真模型按照弹体、控 制系统、目标、运动学环节、指令部分设计,控制又 分为俯仰、航向、滚动三部分设计,既使结构清楚, 又便于修改、扩充、调试。 (2)模型的可读性好。模型采用模块化设计,变 量名尽可能与实际变量的逻辑名一致,既利于理解, 又便于记忆。 (3)对可能变化的参数集中放在初始化文件中, 这样当需要改变这些参数进行仿真时,只需要修改初

保证程序的正确性,通常还需要在输入型的模块后
增加一个相应的比例环节。 对于闲置的通道,应将其与Ghlound或Terminator 模块相连,否则会出现警告信息。 在某型反舰导弹半实物仿真实验中,需要 dSPACE仿真平台通过指令接口并经驱动电路驱动后 向导弹发出各种指令,以改变导弹的工作状态,在半 实物仿真模型中这是通过数字I/O DS4003实现的。本 次实验中共涉及到19个指令,将它们分别输出到
DS40030I『T B1_Pl_G0、DS40030I丌B1-P1一G1、

Ds40030uT_B1_Pl_G2三个模块中。导弹的指令信号 经驱动电路驱动,点亮仿真适配器前面板相应的指示

万   方数据

126

海军航空工程学院学报

2004年第l期

始化文件中的有关变量,而不必打开相关联模型进行 修改,简单方便。 (4)考虑了半实物仿真的要求。模型采用了模块 化的设计,当进行半实物仿真时,只需把相应的模块 去掉,代之以A/D、D/A模块,完成了实物与数字模 型的连接,使半实物仿真过程变得相当容易。 (5)仿真采用的采样定步长为0.00ls,解算方式 为欧拉法。

角信号,检查转台转动的静态精度。另外,为使转台 有良好的跟踪性,转台不仅要求输入角度信号,还要 求输入角速度和角加速度信号。动态仿真模型的目的 是通过实验的方法,确定转台每个框架要求的角速度 和角加速度的传递系数。 3.2.3与驾驶仪连接的仿真软件 针对仿真平台的输出情况,仿真平台向每一输出 通道输出仿真程序规定的信号,检查与之对应的那路 适配器工作的情况,按仿真要求确定适配器输出的极 性和比例尺。 对驾驶仪经适配器向仿真平台输入的情况和适配 器向仿真平台的输入信号,需要仿真软件反复采集输 入数据并检查数据传输的精度和干扰的情况。

3.2某型反舰导弹半实物仿真软件
3.2.1软件设计环境 本课题对某型反舰导弹控制系统的主要部分采用 了实物,对下面部分采用数字仿真模型:①导引头;

②各种指令;③驾驶仪中的无线电高度表;④弹体
运动方程。 在仿真中考虑到驾驶仪的陀螺组合只能感受到导 弹的空间姿态角,因此必须采用三轴转台把计算机运 算的姿态角电信号转变为空间角。 三轴转台的功能为:①三轴转台用于复现由仿真 机解算弹体动力学模型得到的导弹的飞行姿态;②自 动驾驶仪作为仿真实物纳入仿真对象的控制回路,用 于敏感导弹姿态及姿态变化率。 三轴转台采用±100V的直流电压,但DA、AD板 的输入、输出电压范围分别为±5V或±10V的直流电 压。因此,转台与仿真机之间要用适配器。同样,考 虑到驾驶仪的工作电压有27V、36V、±15V,所以仿 真机与驾驶仪之间也需要采用适配器。驾驶仪和转台 采用的是模拟式工作体制,dsPACE仿真机采用的是 数字式工作体制,因此它们之间信号的传输必须采用

4结束语
本文主要介绍了利用dsPACE仿真平台进行某型 反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计,及具体的实 现方案。系统仿真技术是导弹研制的最重要的技术基 础,有利于缩短研制周期,减少研制经费。运用半实 物仿真软件进行半实物仿真试验,已成为导弹研制的 常规手段。

参考文献:
[1】杨涤,李立涛,杨旭,等.系统实时仿真开发环境与应用 [M】.北京:清华大学出版社,2002:339.346

【2】薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB,si姗1irIk系统仿真技术
与应用【M】.北京:清华大学出版社,2002:200.2 10 【3】dSPACE
User

Guide-Implementation Guide[M】.dSPACE

加、D,A接口。
3.2.2与转台连接的仿真软件 仿真模型分为静态和动态仿真模型两种。静态仿 真模型的任务是让仿真机分别向转台的三个转轴发送

Inc.2003

[4】唐静,史贤俊,石伟锋.某反舰导弹控制系统半实物仿 真平台设计[J】.海军航空工程学院学报,2004,19(1)

Software Design of Hardware in—the—loop Sinlulation of One Anti—ship Missile Control System

、7阿Jin.hual,MA Pei-bei 2,JI Jun2
(1.Depanment ofAutomatic Contml En百neenng,NAEI;2.Graduate Students’Brigade of NAEI,Y柚tai,2“001)
Abstract:

Applying dSPACE

si舢lation platfom
accurate

to

me hardware in—me-loop of one觚ti—ship Inissile conⅡol
introduces brieny dS P:ACE

system is more convenient,emcient and

th锄traditional methods.7111is p印er

Real-time platfonTl aIld its software environInent aIld raises concretely me design of software system of hardware
in.the-loop

simulation.
dsPACE

Key

wordS:

sirnulati彻platfbm;digital simulation:hardware

in—tlle-loop

simulation;si咖lation so脚are

万   方数据

某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 吴进华, 马培蓓, 纪军, WU Jin-hua, MA Pei-bei, JI Jun 吴进华,WU Jin-hua(海军航空工程学院自动控制系), 马培蓓,纪军,MA Pei-bei,JI Jun(海 军航空工程学院研究生管理大队,烟台,264001) 海军航空工程学院学报 JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE 2004,19(1) 1次

参考文献(4条) 1.杨涤.李立涛.杨旭 系统实时仿真开发环境与应用 2002 2.薛定宇.陈阳泉 基于MATLAB/Simulink系统仿真技术与应用 2002 3.dSPACE User Guide- Implementation Guide 2003 4.唐静.史贤俊.石伟锋 某反舰导弹控制系统半实物仿真平台设计[期刊论文]-海军航空工程学院学报 2004(01)

相似文献(2条) 1.期刊论文 马培蓓.吴进华.纪军 反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计 -战术导弹控制技术2004,""(1)
利用dS PAC E仿真平台进行某型反舰导弹控制系统半实物仿真软件设计比传统方法具有方便、高效、精确等优越性.简要介绍了dSPACE实时仿真平台 及其软件环境,并提出了半实物仿真软件系统的具体设计方案.

2.学位论文 曹明柱 混合动力电动车驱动电机控制系统研究 2006
随着能源枯竭和环境污染问题的日益突出,人们把目光转向了纯电动车和混合动力电动车。由于纯电动车电池技术尚有待进一步提高,导致纯电动 车距离市场化的目标仍然有一段距离,为此,开发混合动力电动车意义重大。混合动力电动车中,一般同时采用驱动电机和发动机作为动力装置,通过 先进的控制系统使两种动力装置有机协调匹配工作,实现最佳能量分配,达到低能耗、低污染及高度自动化。因而,对混合动力电动车及其部件的控制 是其关键技术之一。 现代电子控制单元开发流程——V模式采用计算机辅助工具进行,可以支持从需求定义直到最终产品的全过程。采用V模式开发电子控制单元可以缩 短开发周期、节约开发成本,而dSPACE仿真平台是支持这一流程的重要工具。 本文针对混合动力电动车的关键技术之一——驱动电机的控制,利用dSPACE仿真平台、参照V模式进行了较为全面的研究。论文的主要内容包括:基 于图形化建模工具matlab/simulink建立了某串联式混合动力电动车的系统仿真模型,并对其性能进行仿真;阐述了混合动力电动车驱动电机——无刷直 流电机控制单元的建模过程,按照设计的控制算法建立电机控制单元的matlab/simulink仿真模型,利用dSPACE仿真平台建立电机快速控制原型系统并进 行实验;在分析无刷直流电机控制系统结构和工作原理的基础上,实现了电机控制器软、硬件的设计;建立了无刷直流电机模型,利用dSPACE仿真平台 进行了无刷直流电机系统数字仿真和电机控制系统硬件在环仿真;构建了混合动力电动车试验平台,进行了实车试验。 通过实验结合理论分析,可以得到如下的结论: 1.串联式混合动力电动车以混合动力方式运行时可以提高蓄电池的使用效率、延长蓄电池的使用寿命,其一次充电续驶里程明显增加。 2.建立的电机快速控制原型系统可以快速的验证电机控制算法的有效性,实验结果表明,本文设计的电机控制算法可以实现对电机的控制,为电机 控制系统的实现奠定了基础。 3.采用模块化设计思想,开发了电机控制系统的软、硬件,并对其进行硬件在环仿真实验,实验结果证明控制效果良好。 4.构建了混合动力电动车试验平台,进行了实车试验,试验结果表明,所设计的电机控制系统能够实现对电机的有效控制。

引证文献(1条) 1.何占胜.金哲.唐静 半实物仿真中三轴转台误差分析[期刊论文]-海军航空工程学院学报 2004(3)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hjhkgcxyxb200401007.aspx 授权使用:北京航空航天大学(bjhkht),授权号:e222499b-6df5-4200-8223-9e38009b6584 下载时间:2010年11月24日


更多相关文章:

非常超级学习网 fccjxxw.com

copyright ©right 2010-2021。
非常超级学习网内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com|网站地图