飞行器惯性导航控制系统设计仿真平台实现方案.doc

飞行器惯性导航控制系统设计仿真平台实现方案恒润科技有限公司北京市朝阳区安翔北里甲11号北京创业大厦B座8层邮编:100101电话:010-64840606传真:010-64848259网址:年07月07日目录1概述 12惯性导航控制系统设计仿真平台建设 203方案总结 21概述惯性导航是一种自主式导航方法。它完全依靠载体设备自主地完成导航任务,与外界不发生任何光、电联系。因此隐蔽性好,工作不受环境条件限制。这一独特优点,使其成为航天航空与航海领域中一种广泛使用主要导航方式。从力学原理来看,所有种类惯性导航都是从测量加速度开始,经过积分计算,求得运载器速度与位置,用以满足运载器导航与制导要求。由于使用对象与所用元件以及其他技术条件不同,在具体实现上有所差别。因此,惯导系统有各种不同分类方法。以使用对象来看,惯导系统可以分为以下几类。航空惯导系统:主要指飞机与近似于飞机巡航导弹上使用惯性导航系统,其基本特点是要满足飞机各种机动状态要求,如果有平台系统,一般需要四环平台,质量、体积要小,工作时间较长;航海惯导系统:主要用于舰艇导航惯性系统,其基本特点是精度高、可靠性好,不要求具有翻斤斗机动能力,体积质量较大,能长时间连续工作;航宇惯导系统:主要特点是满足空间飞行大过载或高可靠性要求,一般工作时间不很长,有时对体积与质量具有特殊限制;陆用惯导系统:主要用在战车或其他如大地测量等专用车辆上。这类惯导系统一般承受过载不一定很大,但对于大地测量定位系统,要求具有很高精度。以惯导系统中有无惯性平台为依据,惯导系统可分为两类。平台式惯导系统。主要特征是具有由稳定回路隔离使其不受运载器机动干扰影响。平台式惯性导航系统利用陀螺定轴性与进动性,通过万向环架、稳定电机、伺服放大器等元部件所构成机械、电器系统,把加速度计敏感轴保持在一定参考坐标系中。由于平台不跟随运载器转动,陀螺动态范围可以比较小,并且由于有稳定回路隔离运载器机动干扰,易于保证系统工作精度。捷联式惯导系统:系统中陀螺仪与加速度计直接与运载器固连,它各种导航与制导信息都是由计算机提供,由计算机来完成惯导平台功能,有时也称作“数学平台”。这种系统中陀螺仪与加速度计要与运载器一起转动,因而动态范围要比平台式系统大得多。由于没有平台,系统结构简单,工作可靠。本报告主要结合航空航天用惯导系统需求,介绍航空航天飞行器惯性导航控制系统设计仿真平台实现方案。对于其他类型惯导系统,由于其基本原理相同,也可以借鉴参照来实现。飞行器主要运动特点是经常需要进行大范围机动(包括质心机动与姿态机动),因此惯导系统需要对飞行器位置、速度与姿态进行高精度解算,并通过控制系统作用,来保证飞行器可靠地完成相应机动飞行任务。惯性导航控制系统设计仿真平台建设无论是平台式惯导系统还是捷联式惯导系统,都需要有一套控制系统来保证惯导系统功能实现。这里所说控制系统可以是平台式惯导系统平台稳定控制与姿态控制系统,也可以是捷联惯导系统中姿态控制系统(捷联惯导系统中没有平台,因而不存平台稳定问题)。控制系统开发流程,依赖于相应开发平台支撑。传统开发流程由于算法开发、软件设计、硬件设计、测试与实验相对独立,结合不够紧密,因而需要人员较多,开发时间与周期较长,相应开发成本较高。随着新开发工具出现,基于先进开发平台上进行开发工作,流程简单,很多设计环节能够借助于工具自动实现,节省了开发人员,能够基于设计平台进行仿真测试与实时测试,可以大大减少实际测试与实验次数,保证产品投产或硬件产品快速实现,从而极大地节省了开发费用,并且提高了工作效率,加快设计周期。同时,由于该平台建设是基于完整系统设计流程,因此在平台建设上也需要考虑完善管理与测试手段,在本方案中将考虑采用基于文档(比基于数据库管理方式简化)需求管理工具与模型、代码测试环境。控制系统开发流程传统控制系统开发流程,一般包括以下典型步骤:根据调查情况用文字说明方式定义需求与设计目标根据过去经验提出系统结构由硬件人员设计并制造硬件电路由控制工程师设计控制方案,并将控制规律用方程形式描述出来由软件人员采用手工编程方式实现控制规律由系统工程师或电子专家将代码集成于硬件电路中用真实控制对象或测试台对系统进行测试由上述过程可以看出,传统开发方法存在如下几个方面问题。在对控制规律控制特性或控制效果还没有一点把握情况下,硬件电路已经制造了,这时,还不知道所设计方案能在多大程度上满足要求,抑或根本就不能满足要求,但已经产生了较大硬件投入资本。由于采用手工编程,所以会产生代码不可靠问题,这样,在测试过程中如果出现问题(在大多数情况下这是必然),就很难确定是控制方案不理想还是软件代码有错误。更重要是