一种基于硬件在环分布式仿真平台及仿真方法技术

本发明专利技术提供一种基于硬件在环分布式仿真平台及仿真方法，本发明专利技术所提供的基于硬件在环分布式仿真平台包括：实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台；当仿真平台由实时仿真向超实时仿真切换时，所述控制加速平台向所述实时动力学平台、实时控制算法平台分别发送加速倍数信号；当仿真平台由超实时仿真向实时仿真切换时，加速倍数信号为1或者不发送加速倍数信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种基于硬件在环分布式实时仿真平台的超实时仿真方法，具体为通讯为硬件的实时平台上实现超实时仿真的功能。
技术介绍
在目前超实时仿真技术中，都是基于仿真平台为超实时的情况下进行，且各模块之间的通讯模块均为软件模拟，无法满足通讯模块为硬件的超实时仿真要求。目前在天上运行的大部分飞行器，一个任务周期较长，少则一两天，多则一个多月。在飞行器整个任务周期中，大部分时间并不需要对飞行器进行操控，且操控只有在卫星过境时才能进行。如果在实时仿真平台对这种长周期的任务进行仿真，仿真时间长，代价高，而且发现问题后再更改算法，再仿真，这对于当前高密集的卫星任务来说，显然不可取。而对于卫星系统来说，测量信息与控制算法为分布式的，且运行状态为实时运行，因而有必要在实时仿真平台上实现超实时仿真功能。现有的超实时仿真技术中，动力学（测量信息）、控制算法、控制加速等模块均运行在同一台机器上，通讯模块为软件模拟，且不能将真实星载计算机应用到超实时仿真系统中。本专利技术要解决的问题为采用分布式仿真的方法，实现软硬件结合的通讯仿真，并将真实星载计算机接入仿真系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有的实时仿真平台对长周期的任务进行仿真时存在仿真时间长，代价高的问题；为解决所述问题，本专利技术提供一种基于硬件在环分布式仿真平台及仿真方法。本专利技术提供的基于硬件在环分布式仿真平台，包括：实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台；当仿真平台由实时仿真向超实时仿真切换时，所述控制加速平台向所述实时动力学平台、实时控制算法平台分别发送加速倍数信号；当仿真平台由超实时仿真向实时仿真切换时，加速倍数信号为1或者不发送加速倍数信号。进一步，当实时控制算法平台实时仿真步长累加值与加速后的控制周期相等时，所述实时控制算法平台向实时动力学平台发送控制指令；所述实时动力学平台根据所述控制指令和加速倍数信号进行动力学仿真，并将仿真得到的测量信息发送到实时控制算法平台。进一步，若实时控制算法平台为普通PC机时，实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台之间通过反射内存及光纤相连；若实时控制算法平台为真实星载计算机时，实时动力学平台、控制加速平台与实时控制算法平台连接方式为RS422连接，实时动力学平台与控制算法平台的连接方式为反射内存及光纤连接。。进一步，所述实时动力学平台包括：时间加速模块，所述时间加速模块提取硬件时钟的时间作为实时时间基准，并计算超实时仿真步长和超实时仿真时长，计算公式为：Δt_rel=(t_rel)k-(t_rel)k-1Δt_vir=n*Δt_rel(t_vir）k=（t_vir）k-1+(Δt_vir)k，其中，(t_rel)k为第k个实时仿真周期的结束时间，Δt_rel为实时仿真步长，Δt_vir为超实时仿真步长，（t_vir）k为第k个实时仿真周期的结束时间，n为加速倍数。进一步，所述实时动力学平台还包括：所述姿态动力学加速模块和轨道动力学加速模块；所述姿态动力学加速模块采用时间切片原理、泰勒展开及多次迭代嵌套的方法进行姿态动力学积分，所述轨道动力学加速模块采用时间切片原理、四阶龙哥库塔积分及多次迭代嵌套的方法进行轨道动力学积分；所述姿态动力学积分和轨道动力学积分的步长为Δt_q=Δt_rel÷m，Δt_qvir=n*Δt_q，其中，Δt_q为单次嵌套积分步长，m为嵌套次数,Δt_qvir为超实时仿真步长。进一步，所述实时动力学平台还包括喷气限幅输出模块，所述喷气限幅模块在实时的情况下，单个仿真周期最大喷气脉宽输出=实时仿真步长；超实时仿真时，单个仿真周期最大喷气脉宽输出=实时仿真步长*加速倍数；最大喷气脉宽输出=实时仿真等效推力÷实时仿真实时间÷加速倍数。进一步，所述实时动力学平台还等效推力模块；实时仿真时，等效推力=实时仿真等效推力÷实时仿真实时间；超实时仿真时，等效推力=实时仿真等效推力÷实时仿真实时间÷加速倍数。进一步，所述实时控制算法平台包括控制算法触发加速模块，控制算法触发加速模块产生触发信号，用于触发控制算法的运行，其实现的步骤为：加速后的控制周期=加速前的控制周期÷加速倍数；产生并输出触发信号的时机为：实时控制算法平台实时仿真步长累加和与加速后的控制周期相等的时刻；实时控制算法平台实时仿真步长累加和在控制触发信号输出后，累加和要清零并重新累加。进一步，实时动力学平台的仿真周期t_dyn小于或者等于实时控制算法平台与实时动力学平台的通讯周期t_com,实时控制算法平台的控制算法计算周期t_ctr小于等于实时控制算法平台与实时动力学平台的通讯周期t_com。本专利技术还提供一种基于硬件在环分布式仿真平台进行仿真的方法，仿真平台由实时仿真向超实时仿真切换时，所述控制加速平台向所述实时动力学平台、实时控制算法平台分别发送加速倍数信号；当仿真平台由超实时仿真向实时仿真切换时，加速倍数信号为1或者不发送加速倍数信号。本专利技术的优点包括：提供了一种基于硬件在环分布式实时仿真平台的超实时仿真技术。该技术可以根据飞行器地面仿真的需要，将仿真模式在实时仿真与超实时仿真之间切换。当需要对卫星进行操控时，将仿真模式切到实时仿真状态，当卫星处于自然飘飞状态时，将仿真模式切到超实时仿真状态，只需要监控数据。这样就可以大大减少了地面仿真的时间，并且不影响仿真效果；满足了长周期任务、且在任务周期期间需要对飞行器进行操控（如姿态机动、轨道机动等）的仿真要求。附图说明图1现有的超实时仿真系统结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的基于硬件在环分布式仿真平台的结构示意图。具体实施方式为了更好的说明本专利技术对现有技术的改进，在对本专利技术的具体实施进行说明之前，先对
技术介绍
部分所提到的现有技术结合附图加以说明。如图1所示为现有技术的超实时仿真方式示意图。如图1中所示，现有技术的超实时仿真包括3部分，动力学模块11、虚拟通讯模块12、控制模块13。这三个模块运行在同一台计算机上，且各模块运行平台为超实时平台，通讯模块采用的是软件模拟方式。由于卫星在轨运行为实时运行，且控制信息与测量信息之间的信息交换需要通过软硬件结合的方式，而现有技术的通讯采用的是软件模拟的方式，运行平台为超实时平台，不能真实模拟卫星运行状态；本专利技术通过将动力学、控制算法、控制加速分布到不同的实时仿真计算机，通讯连接采用软硬件相结合的方式，同时，本专利技术可以将普通PC机更换成真实的星载计算机，能更真实的模拟的卫星的在轨运行状态。如图2所示为本专利技术所提供的基于硬件在环分布式仿真平台，从图2中可以看出，本专利技术所提供的基于硬件在环分布式仿真平台包含：控制加速平台1，实时控制算法平台2，实时动力学平台3，三个部分分别运行在不同的硬件平台上，且各平台之间的通讯是基于硬件的通讯方式。实时动力学平台与控制加速平台之间通过反射内存及光纤相连，实时控制算法平台及控制加速平台之间通过反射内存及光纤相连，实时动力学平台与实时控制算法平台之间通过反射内存及光纤相连。由于实时控制算法平台的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，包括：实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台；当仿真平台由实时仿真向超实时仿真切换时，所述控制加速平台向所述实时动力学平台、实时控制算法平台分别发送加速倍数信号；当仿真平台由超实时仿真向实时仿真切换时，加速倍数信号为1或者不发送加速倍数信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，包括：实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台；当仿真平台由实时仿真向超实时仿真切换时，所述控制加速平台向所述实时动力学平台、实时控制算法平台分别发送加速倍数信号；当仿真平台由超实时仿真向实时仿真切换时，加速倍数信号为1或者不发送加速倍数信号。
2.依据权利要求1所述的基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，当实时控制算法平台实时仿真步长累加值与加速后的控制周期相等时，所述实时控制算法平台向实时动力学平台发送控制指令；所述实时动力学平台根据所述控制指令和加速倍数信号进行动力学仿真，并将仿真得到的测量信息发送到实时控制算法平台。
3.依据权利要求1所述的基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，若实时控制算法平台为普通PC机时，实时动力学平台、实时控制算法平台、控制加速平台之间通过反射内存及光纤相连；若实时控制算法平台为真实星载计算机时，实时动力学平台、控制加速平台与实时控制算法平台连接方式为RS422连接，实时动力学平台与控制算法平台的连接方式为反射内存及光纤连接。
4.依据权利要求1所述的基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，所述实时动力学平台包括：时间加速模块，所述时间加速模块提取硬件时钟的时间作为实时时间基准，并计算超实时仿真步长和超实时仿真时长，计算公式为：Δt_rel=(t_rel)k-(t_rel)k-1Δt_vir=n*Δt_rel(t_vir）k=（t_vir）k-1+(Δt_vir)k，其中，(t_rel)k为第k个实时仿真周期的结束时间，Δt_rel为实时仿真步长，Δt_vir为超实时仿真步长，（t_vir）k为第k个实时仿真周期的结束时间，n为加速倍数。
5.依据权利要求4所述的基于硬件在环分布式仿真平台，其特征在于，所述实时动力学平台还包括：所述姿态动力学加速模块和轨道动力学加速模块；所述姿态动力学加速模块采用时间切片原理、泰勒展开及多次迭代嵌套的方法进行姿态动力学积分，所述轨道动力学加速模块采用时间切片原理、四阶龙哥库塔积分及多次迭...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢翔，胡良军，张召弟，桑小冲，张肖，陈浩，张丽敏，王向，
申请(专利权)人：上海新跃仪表厂，
类型：发明
国别省市：上海;31