一种具有高实时性的飞行仿真系统

摘要

本发明一种具有高实时性的飞行仿真系统，它是由三轴飞行仿真转台系统和外部控制计算机系统两大部分组成。它们之间的位置连接关系是：三轴飞行仿真转台系统是物理效应的执行机构，外部控制计算机系统是物理效应指令的发出者，外部控制计算机系统将仿真的姿态结果通过反射光纤网络发送到三轴飞行仿真转台系统，由后者进行实时的姿态响应。本发明使用Matlab/Simulink建立仿真模型，计算机硬件采用CPCI总线型式，使用光纤交换机组建反射内存光纤网络，仿真通过光纤网络与转台系统的通信采用中断响应机制以及AppSim仿真软件的使用，构成本发明的五大优势。它在飞行控制与仿真技术领域里具有实用价值和广阔地应用前景。

主权项

一种具有高实时性的飞行仿真系统，其特征在于：它是由三轴飞行仿真转台系统和外部控制计算机系统两大部分组成；它们之间的位置连接关系是：三轴飞行仿真转台系统是物理效应的执行机构，外部控制计算机系统是物理效应指令的发出者，外部控制计算机系统将仿真的姿态结果通过反射光纤网络发送到三轴飞行仿真转台系统，由后者进行实时的姿态响应；所述三轴飞行仿真转台系统，包括三轴飞行仿真转台台体(1)、三轴飞行仿真转台控制上位机(2)和三轴飞行仿真转台控制下位机(3)，它们之间的位置连接关系是：三轴飞行仿真转台台体(1)为安装惯性导航单元的直接物理效应输出设备，它与三轴飞行仿真转台控制下位机(3)直接相连，后者将姿态控制信号传送给前者的伺服电机，从而实现对前者三框的角度控制，对安装在其上的惯性导航单元产生姿态的激励输入；所述外部控制计算机系统，包括光纤交换机(4)、CPCI仿真机(5)和仿真控制开发主机(6)；它们之间的位置连接关系是：仿真控制开发主机(6)将生成的控制律及模型的仿真代码下载到CPCI仿真机(5)，后者将模型计算的姿态数据通过光纤交换机(4)实时传送给三轴飞行仿真转台控制下位机(3)，从而实现三轴飞行仿真转台台体(1)的实时仿真运动；该三轴飞行仿真转台台体(1)，是三轴飞行仿真转台系统的主体部分，主要由三个外中内框架及轴系、底座和驱动测量部件组成；它们之间的位置连接关系是：底座上端面上安装外框轴轴系，中框轴置于外框架上，内框轴置于中框架上，电机、码盘和导电环同轴安装；该底座采用HT200铸件，底部安装有三个可调地脚可调整台体的水平；该三个外中内框架及轴系为“U‑O‑O”型立式结构，即外框架为U型框式结构，中框架和内框架为全封闭O型框架结构，各框架均装有定位销，内框架旋转轴表示飞行器的滚转运动，中框架旋转轴表示俯仰运动，外框架旋转轴表示偏航运动，各框架均采用力矩电机直接驱动；该驱动测量部件是光电码盘，它测量角度；三轴飞行仿真转台台体(1)接收来自控制台的指令信号，复现飞行器的飞行姿态；该三轴飞行仿真转台控制上位机(2)，其操作台采用的是基于上下位机体系的分布式监控系统，采用台湾研华公司的PIII1G工控机，上位机软件是以Visual C++6.0为开发平台开发的Windows单文档应用程序；该软件主要用于系统仿真命令的下达和系统运行状态的监控；上位机形成转台系统的集中监控、综合管理级，主要实现系统实时在线综合管理、性能检测、安全保护及监控功能；三轴飞行仿真转台具有三种控制模式：仿真模式、位置模式和速度模式；仿真模式一般是在进行地面仿真试验时，转台控制系统可直接由下位机接收仿真机发送的飞行姿态数据，将飞行器飞行过程所实测得的三维姿态角数据、由飞行器数学模型解算的三维姿态角数据传送到下位机的控制系统中，用以复现飞行器的偏航、俯仰和滚转运动，以便安放在内框上面的惯性导航设备能够实时感受飞行器的三维飞行姿态；该三轴飞行仿真转台控制下位机(3)，采用台湾研华公司的PIII1G工控机，是以BorlandC++为开发平台开发的DOS应用程序，该软件用于接收上位机下达的指令并对三轴转台进行实时控制；三轴飞行仿真转台控制台下位机是转台控制系统的直接控制级，用以构成转台内、中、外框三个独立的伺服控制回路；为保证控制的实时性，三轴飞行仿真转台控制台下位机的操作系统为DOS，软件用标准C语言编制；三轴飞行仿真转台控制台上、下位机之间的通讯采用网络形式，并选用100M高速以太网卡；三轴飞行仿真转台控制台下位机配置反射内存卡及符合规定的通讯协议的接口软件，仿真周期时间可设置，最小仿真周期1ms；仿真通讯卡选用美国通用电气公司生产的型号为VMIPMC‑5565反射内存卡，动态数据包大小从4到64字节，双DMA通道使得CPU的负担降到最小，支持高达128MB RAM，稳定的170MB/s传输速率；该光纤交换机(4)选用美国通用电气公司生产的型号为VMIACC‑5595光纤交换机，有1到8个口可配置，可插拔收发器，支持单模或者多模模式，用于构建星形反射内存光纤网络，网络传输延迟小于700ns；该CPCI仿真机(5)采用德国RITTAL公司的DK‑PS型服务器机柜，是工业标准机架式设备，其上安装德国ELMA公司生产的CPCI机箱，提供了8个6U插槽用于安装和扩展CPCI板卡；采用工业领域广泛应用的Compact PCI(CPCI)总线，在电气、逻辑和软件方面，与PCI标准完全兼容；实时仿真机采用VxWorks V5.5实时操作系统，构建半实物仿真系统时，通过CPCI仿真机(5)上的I/O接口将仿真模型的输入、输出分别和实际系统及仿真外围设备连接起来；该仿真控制开发主机(6)，为普通的PC机，其上安装Matlab仿真软件和Tornado用户开发环境，应用神州普惠科技有限公司提供的AppSim仿真软件，生成可执行程序通过以太网从仿真控制开发主机(6)下载到CPCI仿真机(5)中；同时，仿真数据也可通过以太网传回仿真控制开发主机(6)，在仿真控制开发主机(6)上同时可对仿真过程进行监控。