航天控制系统仿真.docx

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航天控制系统仿真
范围
本标准规泄了航天控制系统仿真的目的、仿真组成与功能、仿真一般要求以及概念设计、详细设计、工程样机、系统集成等不同阶段仿真的详细要求。
本标准适用于航天飞行器控制系统仿真试验，英他领
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敏感器
实物或等效数学模型
飞控计算机
实物
执行机构
等效数学模型或实物
飞行环境
等效器或数学模型

概述
控制系统设汁不是一个简单的迭代过程，可分为概念设计、详细设计、工程样机设计和系统集成设计等。在整个设计过程中都需要开展仿真，控制系统设计与控制系统仿真的对应关系见图2。
图2控制系统设计与控制系统仿真的对应关系
表2给出了概念设计仿真、详细设讣仿真、工程样机仿貞以及系统集成仿真的主要特点。
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表2各设计过程仿真的特点
控制系统仿真
特点
仿真环境
验证项目
模型逼真度
控制算法编程
仿真系统校验
配置管理
概念设讣仿真
纯软件，非实时
任务性能，
低阶/低逼真度简化模型线性，如
刚体动力学
不要求模块化
数学模型校验
很少或非
正式
详细设il仿真
纯软件，非实时
任务性能•
商阶/高逼真度详细模型，非线性，如弹性体动力学、
干扰
模块化
数学模型校验/仿真软件校验
部分正式
工程样机仿真
混合硕件/软件，工程样机或模拟器，实时
信号/数据/时序功能兼容性，接□匹配性，软件
处理功能
详细模型
接近飞行状态
数学模型校验/
仿真软件校验/
仿真硕件校验
部分正式
系统集成仿真
混合硕件/软件，半实物，
实时
正常状态下飞行软件的功能，故
障模式功能
详细模型
正式飞行软件
数学模型校验/仿真软件校验/仿真硕件校验
正式

槪念设计阶段的仿真用于控制系统结构和概念设汁的研究。纯软件数学环境为论证备选的控制系统结构/顶层设计是否满足任务指标和稳定鲁棒性要求提供支持。采用低阶/低逼貞度的线性化模型以及简单的运行环境进行数学仿真。各工程师均可运用多种共存的模型和仿貞工具，几乎无需正式的配置管理。

详细设计阶段的仿真同样也是数学仿真，这一阶段的仿真用于系统优化、参数敏感性估计、性能评估、稳定鲁棒性估计等。仿真环境为满足任务指标和稳定鲁棒性要求的控制系统最终设汁方案的论证提供支持。采用高阶/髙逼真度、非线性的模型和详细的接近真实飞行的操作环境模型。存在一些正式的模型、参数数据库和仿真的配置管理。

在原型样机阶段，为硬件、软件相结合的半实物仿真，控制系统主要部件采用原型样机，验证控制系统控制算法、原型样机、飞行软件的正确性及各接口间的匹配性，减少控制系统与整个飞行器的集成风险。仿貞环境在必要时可允许使用硬件替代控制系统的传感器/执行机构模型，简单的软件对象用来闭合控制系统回路。本阶段也存在一些正式的配置管理。

在系统集成阶段，采用半实物仿真对控制系统进行飞行软件功能和失效模式功能的集成测试。控制系统主要部
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件采用实物，至少包括了运行控制律，数字滤波软件和其他相关的飞行软件的飞行处理器。检验控制系统各部分之间的协调性，以确认控制系统是否满足空间系统的要求。空间系统发射以后，仿真环境仍应保留以满足：
a）通过控制系统运行实际性能与发射前仿真结果的对比进行模型验证：
b）在飞行控制软件更改应用到空间系统之前，校验英正确性：
O支持解决空间系统的故障。本阶段仿真环境的配宜管理十分正式。

概述
控制系统齐个设计过程的仿真内容一般包含需求分析、仿頁系统设计、仿頁软件设计与实现、仿真硬件设计与实现、系统校核与验证、仿真开展、仿真结果分析、文档等内容。

确左仿真任务的输入（如被控对象数学模型、控制律、控制系统指标、控制系统规范以及相应的文档）：确立仿真任务的输岀（如仿真数据、仿真结果分析，以及相应的文档）；确左仿真的功能和所需资源（如人员需求、人员的责任、仿真模型要求、场地要求、设备需求等）。

进行仿真系统设计，确定用软件、工程样机或者实物来实现控制系统的各部分，确定仿真系统各部分之间的接口关系。制定仿真计划，编写仿真系统设计报告和仿真大纲。

编写和调试仿貞软件，将数学模型（如被控对象、飞行环境、执行机构）用软件实现。

设汁和实现