一种运载火箭姿态控制系统仿真方法及其系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115755646A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211566481.3(22)申请日2022.12.07(71)申请人北京中科宇航技术有限公司地址100176北京市大兴区北京经济技术开发区科创十三街18号院6号楼11层1101(72)发明人韩冠超吴炜平马玉海张智境(74)专利代理机构北京卓特专利代理事务所(普通合伙)11572专利代理师段旺(51)Int.Cl.G05B17/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种运载火箭姿态控制系统仿真方法及其系统(57)摘要本申请公开了一种运载火箭姿态控制系统仿真方法及其系统，其中运载火箭姿态控制系统仿真方法具体包括以下步骤：上位机编译仿真模型、生成可执行程序下载到仿真计算机；上位机运行仿真模型，选择仿真模式；工控机模拟飞行试验流程，将飞行控制软件上传至飞行控制组合中并启动；上位机控制仿真计算机向飞行控制组合发送点火、起飞指令信号，仿真计算机解算获取姿态角及姿态角速度测量信息，并将其发送给飞行控制组合；飞行控制组合接收点火、起飞指令信号后工作，通过接收的测量信息发出执行机构控制指令。本申请实现了理论控制器、飞控软件算法、飞行控制组合、伺服机构的逐级、分层验证，便于问题定位与分析，保证了试验过程安全、可靠。CN115755646ACN115755646A权利要求书1/2页1.一种运载火箭姿态控制系统仿真试验系统，其特征在于，包括仿真模型，以及与仿真模型连接的仿真系统；其中仿真模型具体包括：理论控制器模型、能够进行编译的嵌入式软件控制器S函数模型、模拟真实伺服机构和模拟末修姿控动力系统动力学特性的执行机构模型、综合箭体本身的特性及受到的控制力干扰力作用，计算箭体的姿态角与姿态角速度状态信息的箭体动力学模型、进行姿态角及角速度测量的传感器测量模型以及进行接口匹配的通信接口模型；仿真系统具体包括：上位机、工控机、仿真计算机，飞行控制组合，信号调理盒，喷管负载台，伺服机构，角位移传感器，地面电源，以太网交换机、光端机；其中上位机，用于仿真模型的代码生成、编译与下载，控制仿真模型的启动与停止，监控、回传仿真计算机的机运行状态，记录试验数据；工控机，用于运行地面测发控仿真软件，上传飞行控制软件、启动飞行程序及上传飞行诸元文件，控制程控电源上电、断电，完成总线数据监控记录；仿真计算机：通过上位机下载仿真模型可执行程序到仿真计算机中，并运行仿真模型的可执行程序从而进行实时仿真；接收伺服机构角位移输出的反馈信号；向飞行控制组合输出仿真计算机中的箭体动力学模型解算得到的姿态角、角速度及轴向过载的测量信号；飞行控制组合：实时运行内部的飞行控制软件，通过总线接收仿真计算机发出的姿态角和角速度及轴向过载的测量信号，将姿态角与程序角比较从而确定姿态角偏差，并计算修正姿态角偏差执行机构所需要的控制指令；信号调理盒：配合仿真计算机完成有源、无源开关量信号的输入、输出电压转换；喷管负载台：利用摆动喷管填充高压气体模拟发动机点火状态的负载特性，对各级伺服机构进行真实负载情况下的响应特性测试及试验；伺服机构：包括伺服控制器及作动器；伺服控制器接收飞行控制组合发出的控制指令驱动作动器动作，使得负载喷管到达指令摆角，实际摆角由角位移传感器采集反馈给仿真计算机的箭体动力学模型；角位移传感器：通过仿真机A/D采集板卡读取角位移传感器数据，反馈给箭体动力学模型。2.如权利要求1所述的运载火箭姿态控制系统仿真试验系统，其特征在于，还包括，地面电源、以太网交换机以及光端机；地面电源：用于为飞行控制组合、伺服控制器提供低压控制电，为各级伺服作动器提供动力电源；以太网交换机、光端机：以太网交换机、光端机配合使用，用于构建试验局域网，完成上位机、工控机、地面电源设备之间的网络通信。3.如权利要求1所述的运载火箭姿态控制系统仿真试验系统，其特征在于，仿真计算机中还包括，模拟频标信号。4.一种运载火箭姿态控制系统仿真试验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：上位机编译仿真模型、生成可执行程序，并下载到仿真计算机；上位机中的仿真控制及监测记录软件来运行仿真计算机中的仿真模型，并选择相应的仿真模式；2CN115755646A权利要求书2/2页响应于完成仿真模式的选择，工控机运行内部的地面测发控仿真软件，模拟飞行试验流程，将飞行控制软件上传至飞行控制组合中并启动，完成飞行控制组合的点火前准备；响应于完成飞行控制组合的点火前准备，上位机控制仿真计算机中运行的箭体动力学模型向飞行控制组合发送点火、起飞指令信号，同时仿真计算机中的箭体动力学模型开始解算，获取姿态角及姿态角速度测量信息，并将姿态角及姿态角速度测量信息发送给传感器测量模型；飞行