半實物仿真技術(shù)課件

半實物仿真技術(shù)半實物仿真概述物理模擬設(shè)備與技術(shù)仿真計算機(jī)技術(shù)11/26/20221飛行器工程系單家元博士半實物仿真技術(shù)半實物仿真概述11/26/20221飛行器工半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loop)硬件在回路仿真：仿真系統(tǒng)中有實物參加。優(yōu)點(diǎn)：可使無法準(zhǔn)確建立模型的部件直接進(jìn)入仿真回路；通過模型與實物之間的切換，進(jìn)一步校驗?zāi)Ｐ停或炞C實物部件對系統(tǒng)性能的影響。實質(zhì)：為物理部件創(chuàng)造一個模擬實際環(huán)境的仿真環(huán)境，用物理部件實物進(jìn)行仿真的技術(shù)。11/26/20222飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loo半實物仿真概述半實物仿真技術(shù)：環(huán)境模型建立技術(shù)：實際上指各種物理環(huán)境的建模技術(shù)：包括聲、壓場、電磁場、光學(xué)、空間運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等。物理模型建立技術(shù)：運(yùn)動環(huán)境：飛行模擬器（轉(zhuǎn)臺、平臺）視覺環(huán)境：視景系統(tǒng)聽覺環(huán)境：聲場模擬器（魚雷）力環(huán)境：負(fù)載模擬器（舵、發(fā)動機(jī)）光學(xué)環(huán)境：激光、紅外、電視目標(biāo)模擬器電磁環(huán)境：射頻目標(biāo)模擬器（雷達(dá)導(dǎo)引頭、雷達(dá)）壓力環(huán)境：大氣壓（高度計）、水壓（深度計）、壓力（地雷）11/26/20223飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真技術(shù)：11/26/20223飛行器工半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)的組成半實物仿真系統(tǒng)中的模型半實物仿真系統(tǒng)中的相似原則和相似方法11/26/20224飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)11/26/20224飛行器工程半實物仿真系統(tǒng)組成仿真設(shè)備：如各種目標(biāo)模擬器、仿真計算機(jī)、飛行模擬轉(zhuǎn)臺、線加速度模器、負(fù)載力矩模擬器、衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器等等。參試設(shè)備：如制導(dǎo)控制計算機(jī)、陀螺儀、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、舵機(jī)等。各種接口設(shè)備：模擬量接口、數(shù)字量接口、實時數(shù)字通訊系統(tǒng)等。試驗控制臺：監(jiān)視控制試驗狀態(tài)進(jìn)程的裝置。包括試驗設(shè)備、試件狀態(tài)信號監(jiān)視系統(tǒng)、設(shè)備試件轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)、仿真試驗進(jìn)程控制等。支持服務(wù)系統(tǒng)：如顯示、記錄、文檔處理等事后處理應(yīng)用軟件。11/26/20225飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)組成11/26/20225飛行器工程系單家元半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型對象模型與環(huán)境模型：包括環(huán)境效應(yīng)模型物理模型與數(shù)學(xué)模型盡量多的物理模型不可實現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型11/26/20226飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型11/26/20226飛半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法相似原理：幾何相似、感覺信息相似、數(shù)學(xué)相似、邏輯相似相似方法模式相似、模糊相似、組合相似、坐標(biāo)變換相似實現(xiàn)方法時間與邏輯相似幾何相似：空間幾何關(guān)系相似（六個自由度）環(huán)境相似：力學(xué)、光學(xué)、電磁11/26/20227飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法11/26/20227飛行器物理模擬設(shè)備與技術(shù)飛行模擬器舵負(fù)載模擬器線加速度模擬器目標(biāo)/環(huán)境模擬器紅外激光雷達(dá)電視聲場11/26/20228飛行器工程系單家元博士物理模擬設(shè)備與技術(shù)飛行模擬器11/26/20228飛行器工程飛行模擬器飛行模擬器分類飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成分析模擬轉(zhuǎn)臺的計算機(jī)控制11/26/20229飛行器工程系單家元博士飛行模擬器飛行模擬器分類11/26/20229飛行器工程系飛行模擬器分類飛行模擬平臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)和過載用途：飛行訓(xùn)練模擬器飛行模擬轉(zhuǎn)臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)用途：慣性器件、導(dǎo)引頭等制導(dǎo)控制部件的測試與仿真11/26/202210飛行器工程系單家元博士飛行模擬器分類飛行模擬平臺：11/26/202210飛行器工三自由度航向、姿態(tài)和傾斜六自由度航向、姿態(tài)和傾斜及三個方向的過載（線加速度）飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單家元博士三自由度飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺用途：仿真轉(zhuǎn)臺、測試轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)形式：O,U,Y,T驅(qū)動形式：液壓、電動控制方式：模擬、數(shù)字軸數(shù)：單軸、雙軸、三軸、四軸、五軸性質(zhì)：位置、速率11/26/202216飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺用途：仿真轉(zhuǎn)臺、測試轉(zhuǎn)臺11/26/20221611/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理基本構(gòu)成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)工作原理：在動力系統(tǒng)支持下，伺服控制系統(tǒng)控制機(jī)械系統(tǒng)作角度轉(zhuǎn)動，為安裝在機(jī)械系統(tǒng)上的慣性測量部件提供姿態(tài)運(yùn)動環(huán)境。伺服控制系統(tǒng)：保證轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)一定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)：一般由測速機(jī)構(gòu)成速度內(nèi)環(huán)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，由測角元件構(gòu)成位置外環(huán)進(jìn)行位置控制，同時對位置輸入進(jìn)行微分，實現(xiàn)復(fù)合前饋控制，提高系統(tǒng)響應(yīng)。11/26/202221飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理基本構(gòu)成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械飛行模擬轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)：約束轉(zhuǎn)臺角運(yùn)動靜態(tài)和動態(tài)性能的技術(shù)參數(shù)。功能要求：規(guī)范轉(zhuǎn)臺在使用、維護(hù)方面的功能。11/26/202223飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)：11/26/202223飛行飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標(biāo)項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Rad/s2454126106

最大角速度Rad/s43.33.3

轉(zhuǎn)角范圍度±200±150±150

最小平滑速度度/秒±0.05±0.05±0.05

位置精度度±0.01±0.01±0.01

速度精度

1%1%1%

位置系統(tǒng)頻響Hz151290.1-1度雙10速度系統(tǒng)頻響Hz201510

負(fù)載質(zhì)量公斤30～50負(fù)載尺寸cm200*100*150三軸不相交度Mm0.2三軸不垂直度角秒1211/26/202224飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標(biāo)項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Ra飛行模擬轉(zhuǎn)臺功能要求可使用性：機(jī)械電氣接口、按鈕和指示、視場、零位、初值與歸零、屏蔽與干擾?？煽啃裕簷C(jī)械和電氣越位開關(guān)、操作互鎖、手動和自動斷電保護(hù)可維修性：電路及控制軟件模塊化、驅(qū)動元件和測量元件可檢測可視性：臺體外觀、控制柜外觀、軟件外觀功能擴(kuò)展：測試信號、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示11/26/202225飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺功能要求可使用性：機(jī)械電氣接口、按鈕和指示、視場飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成動力系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成動力系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程動力系統(tǒng)液壓能源三相電機(jī)－油泵分油器、過濾器、溢流閥冷卻系統(tǒng)－水箱，水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)－調(diào)壓閥11/26/202227飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)液壓能源11/26/202227飛行器工程系單家元動力系統(tǒng)直流電源可控硅直流電源開關(guān)穩(wěn)壓電源11/26/202228飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)直流電源11/26/202228飛行器工程系單家元伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）運(yùn)算放大器；微處理器（單片機(jī),DSP,80X86）驅(qū)動元件：對控制電壓信號進(jìn)行變換，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動信號功率放大器（直流功放，PWM功放）；液壓放大器（伺服閥）執(zhí)行元件：在動力系統(tǒng)支持下，響應(yīng)驅(qū)動信號，產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動直流電機(jī)；液壓馬達(dá)（液壓缸）測量元件：反饋元件。將物理量變成電信號及信號處理。測速，測角11/26/202229飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）11伺服控制系統(tǒng)控制元件運(yùn)算放大器單片機(jī)DSP處理芯片80x8611/26/202230飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件11/26/202230飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動元件直流功率放大器＋伺服閥PWM功率放大器功率開關(guān)元件：1GBT電流閉環(huán)PID控制：100A輸出電壓：150V開關(guān)頻率：1－20KHz11/26/202231飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動元件11/26/202231飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓馬達(dá)－低速大扭轉(zhuǎn)徑向柱塞馬達(dá)直流力矩電機(jī)－稀土電磁力矩11/26/202232飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件11/26/202232飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)測量元件速度：測速機(jī)位置：電位計：光碼盤：編碼器園感應(yīng)同步器：旋轉(zhuǎn)變壓器11/26/202233飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)測量元件11/26/202233飛行器工程系單機(jī)械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T敞開式結(jié)構(gòu)：U封閉式結(jié)構(gòu)：O11/26/202234飛行器工程系單家元博士機(jī)械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T11/26/202234飛行器工程系計算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度的跟蹤控制結(jié)構(gòu)形式：采用不同處理器、實現(xiàn)不同功能要求，而形成的控制器的不同物理構(gòu)成控制算法：實現(xiàn)高精度、動態(tài)跟蹤而采用的各種古典和現(xiàn)代用數(shù)字控制器實現(xiàn)的控制算法使用要求：滿足用戶在測試使用維護(hù)方面的要求11/26/202235飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制算法的多樣性古典：前饋＋PID反饋控制現(xiàn)代：自適應(yīng)控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制控制界面的直觀性軟界面：曲線、數(shù)顯軟操作：觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)控制精度高充分發(fā)揮數(shù)字測量元件的精度優(yōu)勢功能豐富圖形監(jiān)控、通訊數(shù)據(jù)記錄、處理測試信號產(chǎn)生11/26/202236飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制算法的多樣性11/26/202236計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機(jī)（單片機(jī)或DSP）各自負(fù)責(zé)獨(dú)立控制通道。集中式控制：由一個處理器（小型機(jī)、PC）承擔(dān)所有控制通道的控制任務(wù)集散式控制：采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)的分級控制方式PC+單片機(jī)（或DSP）：串口、并口PC+PC：并口、網(wǎng)卡PC+總線嵌入式處理器：總線11/26/202237飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機(jī)（單片機(jī)或DSP飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導(dǎo)器件測試角度陀螺、速率陀螺、慣性平臺等導(dǎo)引頭測試光學(xué)導(dǎo)引頭（電視、紅外、激光）武器系統(tǒng)仿真導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、魚雷、飛機(jī)11/26/202238飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導(dǎo)器件測試11/26/202238飛行器舵負(fù)載模擬器物理模型（負(fù)載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出力矩的反作用力矩。包括慣性力矩、阻尼力矩和鉸鏈力矩。鉸鏈力矩：與舵偏角、速度、流體密度攻角等有關(guān)物理實現(xiàn)線性加載：鉸鏈力矩系數(shù)為常數(shù)。用彈簧模擬。隨動加載：鉸鏈力矩系數(shù)為非線性函數(shù)。需用仿真機(jī)實時根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行插值計算，然后施加到舵軸，是被動加載。用力矩伺服系統(tǒng)。液壓伺服、氣動伺服、電動伺服加載。被動加載的技術(shù)關(guān)鍵：負(fù)載模擬器與舵機(jī)互為負(fù)載，相互影響；加載力矩是根據(jù)舵偏角等計算出的，理論上存在延遲；由于上述原因，理論上存在多余力。高度的動態(tài)特性：伺服系統(tǒng)性能要高于舵機(jī)的性能。11/26/202239飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器物理模型（負(fù)載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出舵負(fù)載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成機(jī)械系統(tǒng)：同軸加載方式：小力矩，一體式臺體。力矩馬達(dá)、擺動油缸或力矩電機(jī)。連桿加載方式：大力矩，分體臺體。液壓缸。能源動力系統(tǒng)：液壓、氣動、電動伺服控制系統(tǒng)：力矩伺服控制：伺服閥＋液壓馬達(dá)、液壓缸；功率放大器＋力矩電機(jī)。力矩傳感器。位置伺服控制：電位計、光碼盤、測速機(jī)。模擬控制與數(shù)字控制：11/26/202240飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成11/26/202240飛行器工舵負(fù)載模擬器技術(shù)指標(biāo)最大力矩：150Nm最大角度：±40度力矩梯度：0.1-20Nm/度力矩精度：±1％角度精度：0.01度力矩伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標(biāo)，力矩梯度8nm/度,)角度伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標(biāo)，角度幅度±3度)多余力：20％（力矩系統(tǒng)為零指令時，角度在±3度10Hz振動））11/26/202241飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器技術(shù)指標(biāo)11/26/202241飛行器工程系單線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運(yùn)動加速度。物理實現(xiàn)：常值：離心加速度模擬線加速度隨動：離心加速度在加速度計敏感軸上進(jìn)行分解，控制分解角度。關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)速技術(shù)：保持常值離心加速度。需進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)補(bǔ)償。角度伺服：動態(tài)環(huán)境下的角度控制。11/26/202242飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運(yùn)動加速度。11/26/20線加速度模擬臺系統(tǒng)組成臺體：大的旋轉(zhuǎn)軸系上安裝多個小的旋轉(zhuǎn)軸系。能源系統(tǒng)：PWM功率放大器速度伺服系統(tǒng)：直流力矩電機(jī)或交流力矩電機(jī)，測角測速系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)：直流力矩電機(jī)、測速機(jī)、光碼盤或圓感應(yīng)同步器11/26/202243飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺系統(tǒng)組成11/26/202243飛行器工程系線加速度模擬臺性能指標(biāo)穩(wěn)速臺：速率量程：0.1-15g,無級調(diào)整。靜態(tài)精度：a<1g,△a<5*10-4g;a>1g,△a/a<5*10-4隨動臺：位置通道數(shù)：3負(fù)載：1－3Kg最大角速度：250度/秒最大角加速度：2000度/s2最小平滑速度：0.1度/秒定位精度：0.01度頻帶：6Hz（穩(wěn)速臺15g時，角度幅度±3度，雙十）11/26/202244飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺性能指標(biāo)11/26/202244飛行器工程系目標(biāo)/環(huán)境模擬器目標(biāo)特性運(yùn)動特性：用相對運(yùn)動（角運(yùn)動）模擬物理特性：激光、紅外（點(diǎn)/成像）、電視、雷達(dá)、聲場環(huán)境特性背景特性：大氣、陽光、地形、天氣、海洋對信號傳輸?shù)挠绊懜蓴_特性：與目標(biāo)物理特性對應(yīng)的假目標(biāo)、干擾信號11/26/202245飛行器工程系單家元博士目標(biāo)/環(huán)境模擬器目標(biāo)特性11/26/202245飛行器工程系目標(biāo)/環(huán)境模擬器運(yùn)動特性模擬轉(zhuǎn)臺：相對運(yùn)動原理。物理特性模擬紅外點(diǎn)光源/干擾光源：光斑、能量可控。激光光源：能量、光斑大小、編碼可控電視/紅外成像：圖形工作站、圖形顯示系統(tǒng)可見光：正頭、背投；屏幕、球面紅外轉(zhuǎn)換；電阻絲、紅外CRT射頻/聲場：陣列式多源。無線電波/聲波在空間合成。每個陣元的信號功率、作用時間可控。11/26/202246飛行器工程系單家元博士目標(biāo)/環(huán)境模擬器運(yùn)動特性模擬11/26/202246飛行器工目標(biāo)/環(huán)境模擬器分類（按照目標(biāo)信號的饋入方式）輻射式（反射式）：尋的制導(dǎo)輻射信號的物理性質(zhì)不同：光學(xué)：機(jī)械式、平行光管式和復(fù)合擴(kuò)束式微波/毫米波/聲場：陣列式按照結(jié)構(gòu)機(jī)械式：通過機(jī)械帶動輻射源作角運(yùn)動。陣列式：射頻和聲場。機(jī)電混合式：注入式（直入式）：尋的制導(dǎo)、指令制導(dǎo)按照注入信號的頻區(qū)分中注入式、視頻注入式和低頻注入式將目標(biāo)特性直接注入目標(biāo)探測設(shè)備11/26/202247飛行器工程系單家元博士目標(biāo)/環(huán)境模擬器分類（按照目標(biāo)信號的饋入方式）11/26/2典型仿真方案大屏幕實現(xiàn)可見光圖像仿真方案激光目標(biāo)漫反射仿真方案11/26/202248飛行器工程系單家元博士典型仿真方案大屏幕實現(xiàn)可見光圖像仿真方案激光目標(biāo)漫反射仿真方典型仿真方案光學(xué)耦合方案可見光/紅外圖像轉(zhuǎn)換器激光模擬光源11/26/202249飛行器工程系單家元博士典型仿真方案光學(xué)耦合方案可見光/紅外圖像轉(zhuǎn)換器11/26/仿真計算機(jī)技術(shù)仿真主機(jī)：數(shù)字計算機(jī)軟件支持環(huán)境：編輯、編譯和實時運(yùn)行接口技術(shù)：A/D,D/A,D/D,DIO,實時網(wǎng)絡(luò)。11/26/202250飛行器工程系單家元博士仿真計算機(jī)技術(shù)仿真主機(jī)：數(shù)字計算機(jī)11/26/202250飛仿真計算機(jī)技術(shù)仿真主機(jī)專用機(jī)：美國：ADI公司的AD10,AD100和AD/RTS620;并行計算機(jī)公司CCC的Maxion,PowerHawk,NightHawk中國：國防科大的YH-F1,YH-F2通用機(jī)：美國：VAX小型計算機(jī)/ALPHA工作站中國：海鷹HY-F1，亞星YHSimustation11/26/202251飛行器工程系單家元博士仿真計算機(jī)技術(shù)仿真主機(jī)11/26/202251飛行器工程系仿真計算機(jī)技術(shù)軟件支持環(huán)境操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)：WindowsNT，VMS，UNIX實時操作系統(tǒng)：PowerMAXOS仿真環(huán)境分離環(huán)境：Matrix,Matlab,C,C++一體化環(huán)境：NightStar,YHSIM,HYSIM11/26/202252飛行器工程系單家元博士仿真計算機(jī)技術(shù)軟件支持環(huán)境11/26/202252飛行器工程仿真計算機(jī)技術(shù)接口技術(shù)：VME,PC總線A/D,D/A：12位，14位高精度轉(zhuǎn)換器DIO：帶隔離的開關(guān)量輸入輸出，可直接驅(qū)動繼電器D/D：16位并行，雙向（一對一）實時網(wǎng)絡(luò)：多結(jié)點(diǎn)SBS：星型。廣播內(nèi)存VMIC：環(huán)型。發(fā)射內(nèi)存11/26/202253飛行器工程系單家元博士仿真計算機(jī)技術(shù)接口技術(shù)：VME,PC總線11/26/2022半實物仿真技術(shù)半實物仿真概述物理模擬設(shè)備與技術(shù)仿真計算機(jī)技術(shù)11/26/202254飛行器工程系單家元博士半實物仿真技術(shù)半實物仿真概述11/26/20221飛行器工半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loop)硬件在回路仿真：仿真系統(tǒng)中有實物參加。優(yōu)點(diǎn)：可使無法準(zhǔn)確建立模型的部件直接進(jìn)入仿真回路；通過模型與實物之間的切換，進(jìn)一步校驗?zāi)Ｐ?；驗證實物部件對系統(tǒng)性能的影響。實質(zhì)：為物理部件創(chuàng)造一個模擬實際環(huán)境的仿真環(huán)境，用物理部件實物進(jìn)行仿真的技術(shù)。11/26/202255飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述概念:(Hardware-in-the-loo半實物仿真概述半實物仿真技術(shù)：環(huán)境模型建立技術(shù)：實際上指各種物理環(huán)境的建模技術(shù)：包括聲、壓場、電磁場、光學(xué)、空間運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等。物理模型建立技術(shù)：運(yùn)動環(huán)境：飛行模擬器（轉(zhuǎn)臺、平臺）視覺環(huán)境：視景系統(tǒng)聽覺環(huán)境：聲場模擬器（魚雷）力環(huán)境：負(fù)載模擬器（舵、發(fā)動機(jī)）光學(xué)環(huán)境：激光、紅外、電視目標(biāo)模擬器電磁環(huán)境：射頻目標(biāo)模擬器（雷達(dá)導(dǎo)引頭、雷達(dá)）壓力環(huán)境：大氣壓（高度計）、水壓（深度計）、壓力（地雷）11/26/202256飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真技術(shù)：11/26/20223飛行器工半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)的組成半實物仿真系統(tǒng)中的模型半實物仿真系統(tǒng)中的相似原則和相似方法11/26/202257飛行器工程系單家元博士半實物仿真概述半實物仿真系統(tǒng)11/26/20224飛行器工程半實物仿真系統(tǒng)組成仿真設(shè)備：如各種目標(biāo)模擬器、仿真計算機(jī)、飛行模擬轉(zhuǎn)臺、線加速度模器、負(fù)載力矩模擬器、衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器等等。參試設(shè)備：如制導(dǎo)控制計算機(jī)、陀螺儀、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、舵機(jī)等。各種接口設(shè)備：模擬量接口、數(shù)字量接口、實時數(shù)字通訊系統(tǒng)等。試驗控制臺：監(jiān)視控制試驗狀態(tài)進(jìn)程的裝置。包括試驗設(shè)備、試件狀態(tài)信號監(jiān)視系統(tǒng)、設(shè)備試件轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)、仿真試驗進(jìn)程控制等。支持服務(wù)系統(tǒng)：如顯示、記錄、文檔處理等事后處理應(yīng)用軟件。11/26/202258飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)組成11/26/20225飛行器工程系單家元半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型對象模型與環(huán)境模型：包括環(huán)境效應(yīng)模型物理模型與數(shù)學(xué)模型盡量多的物理模型不可實現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型11/26/202259飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)中的模型11/26/20226飛半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法相似原理：幾何相似、感覺信息相似、數(shù)學(xué)相似、邏輯相似相似方法模式相似、模糊相似、組合相似、坐標(biāo)變換相似實現(xiàn)方法時間與邏輯相似幾何相似：空間幾何關(guān)系相似（六個自由度）環(huán)境相似：力學(xué)、光學(xué)、電磁11/26/202260飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)相似原理與相似方法11/26/20227飛行器物理模擬設(shè)備與技術(shù)飛行模擬器舵負(fù)載模擬器線加速度模擬器目標(biāo)/環(huán)境模擬器紅外激光雷達(dá)電視聲場11/26/202261飛行器工程系單家元博士物理模擬設(shè)備與技術(shù)飛行模擬器11/26/20228飛行器工程飛行模擬器飛行模擬器分類飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成分析模擬轉(zhuǎn)臺的計算機(jī)控制11/26/202262飛行器工程系單家元博士飛行模擬器飛行模擬器分類11/26/20229飛行器工程系飛行模擬器分類飛行模擬平臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)和過載用途：飛行訓(xùn)練模擬器飛行模擬轉(zhuǎn)臺：功能：模擬飛行器姿態(tài)用途：慣性器件、導(dǎo)引頭等制導(dǎo)控制部件的測試與仿真11/26/202263飛行器工程系單家元博士飛行模擬器分類飛行模擬平臺：11/26/202210飛行器工三自由度航向、姿態(tài)和傾斜六自由度航向、姿態(tài)和傾斜及三個方向的過載（線加速度）飛行模擬平臺11/26/202264飛行器工程系單家元博士三自由度飛行模擬平臺11/26/202211飛行器工程系單11/26/202265飛行器工程系單家元博士11/26/202212飛行器工程系單家元博士11/26/202266飛行器工程系單家元博士11/26/202213飛行器工程系單家元博士11/26/202267飛行器工程系單家元博士11/26/202214飛行器工程系單家元博士11/26/202268飛行器工程系單家元博士11/26/202215飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺用途：仿真轉(zhuǎn)臺、測試轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)形式：O,U,Y,T驅(qū)動形式：液壓、電動控制方式：模擬、數(shù)字軸數(shù)：單軸、雙軸、三軸、四軸、五軸性質(zhì)：位置、速率11/26/202269飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺用途：仿真轉(zhuǎn)臺、測試轉(zhuǎn)臺11/26/20221611/26/202270飛行器工程系單家元博士11/26/202217飛行器工程系單家元博士11/26/202271飛行器工程系單家元博士11/26/202218飛行器工程系單家元博士11/26/202272飛行器工程系單家元博士11/26/202219飛行器工程系單家元博士11/26/202273飛行器工程系單家元博士11/26/202220飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理基本構(gòu)成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)工作原理：在動力系統(tǒng)支持下，伺服控制系統(tǒng)控制機(jī)械系統(tǒng)作角度轉(zhuǎn)動，為安裝在機(jī)械系統(tǒng)上的慣性測量部件提供姿態(tài)運(yùn)動環(huán)境。伺服控制系統(tǒng)：保證轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)一定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)：一般由測速機(jī)構(gòu)成速度內(nèi)環(huán)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，由測角元件構(gòu)成位置外環(huán)進(jìn)行位置控制，同時對位置輸入進(jìn)行微分，實現(xiàn)復(fù)合前饋控制，提高系統(tǒng)響應(yīng)。11/26/202274飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的工作原理基本構(gòu)成：動力系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械飛行模擬轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202275飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)11/26/202222飛行器工程系飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)：約束轉(zhuǎn)臺角運(yùn)動靜態(tài)和動態(tài)性能的技術(shù)參數(shù)。功能要求：規(guī)范轉(zhuǎn)臺在使用、維護(hù)方面的功能。11/26/202276飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)：11/26/202223飛行飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標(biāo)項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Rad/s2454126106

最大角速度Rad/s43.33.3

轉(zhuǎn)角范圍度±200±150±150

最小平滑速度度/秒±0.05±0.05±0.05

位置精度度±0.01±0.01±0.01

速度精度

1%1%1%

位置系統(tǒng)頻響Hz151290.1-1度雙10速度系統(tǒng)頻響Hz201510

負(fù)載質(zhì)量公斤30～50負(fù)載尺寸cm200*100*150三軸不相交度Mm0.2三軸不垂直度角秒1211/26/202277飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標(biāo)項目單位內(nèi)框中框外框備注最大角加速度Ra飛行模擬轉(zhuǎn)臺功能要求可使用性：機(jī)械電氣接口、按鈕和指示、視場、零位、初值與歸零、屏蔽與干擾。可靠性：機(jī)械和電氣越位開關(guān)、操作互鎖、手動和自動斷電保護(hù)可維修性：電路及控制軟件模塊化、驅(qū)動元件和測量元件可檢測可視性：臺體外觀、控制柜外觀、軟件外觀功能擴(kuò)展：測試信號、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示11/26/202278飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺功能要求可使用性：機(jī)械電氣接口、按鈕和指示、視場飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成動力系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)11/26/202279飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成動力系統(tǒng)11/26/202226飛行器工程動力系統(tǒng)液壓能源三相電機(jī)－油泵分油器、過濾器、溢流閥冷卻系統(tǒng)－水箱，水泵遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)－調(diào)壓閥11/26/202280飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)液壓能源11/26/202227飛行器工程系單家元動力系統(tǒng)直流電源可控硅直流電源開關(guān)穩(wěn)壓電源11/26/202281飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)直流電源11/26/202228飛行器工程系單家元伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）運(yùn)算放大器；微處理器（單片機(jī),DSP,80X86）驅(qū)動元件：對控制電壓信號進(jìn)行變換，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動信號功率放大器（直流功放，PWM功放）；液壓放大器（伺服閥）執(zhí)行元件：在動力系統(tǒng)支持下，響應(yīng)驅(qū)動信號，產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動直流電機(jī)；液壓馬達(dá)（液壓缸）測量元件：反饋元件。將物理量變成電信號及信號處理。測速，測角11/26/202282飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）11伺服控制系統(tǒng)控制元件運(yùn)算放大器單片機(jī)DSP處理芯片80x8611/26/202283飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件11/26/202230飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動元件直流功率放大器＋伺服閥PWM功率放大器功率開關(guān)元件：1GBT電流閉環(huán)PID控制：100A輸出電壓：150V開關(guān)頻率：1－20KHz11/26/202284飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動元件11/26/202231飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓馬達(dá)－低速大扭轉(zhuǎn)徑向柱塞馬達(dá)直流力矩電機(jī)－稀土電磁力矩11/26/202285飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件11/26/202232飛行器工程系單伺服控制系統(tǒng)測量元件速度：測速機(jī)位置：電位計：光碼盤：編碼器園感應(yīng)同步器：旋轉(zhuǎn)變壓器11/26/202286飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)測量元件11/26/202233飛行器工程系單機(jī)械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T敞開式結(jié)構(gòu)：U封閉式結(jié)構(gòu)：O11/26/202287飛行器工程系單家元博士機(jī)械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T11/26/202234飛行器工程系計算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度的跟蹤控制結(jié)構(gòu)形式：采用不同處理器、實現(xiàn)不同功能要求，而形成的控制器的不同物理構(gòu)成控制算法：實現(xiàn)高精度、動態(tài)跟蹤而采用的各種古典和現(xiàn)代用數(shù)字控制器實現(xiàn)的控制算法使用要求：滿足用戶在測試使用維護(hù)方面的要求11/26/202288飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制算法的多樣性古典：前饋＋PID反饋控制現(xiàn)代：自適應(yīng)控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制控制界面的直觀性軟界面：曲線、數(shù)顯軟操作：觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)控制精度高充分發(fā)揮數(shù)字測量元件的精度優(yōu)勢功能豐富圖形監(jiān)控、通訊數(shù)據(jù)記錄、處理測試信號產(chǎn)生11/26/202289飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制算法的多樣性11/26/202236計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機(jī)（單片機(jī)或DSP）各自負(fù)責(zé)獨(dú)立控制通道。集中式控制：由一個處理器（小型機(jī)、PC）承擔(dān)所有控制通道的控制任務(wù)集散式控制：采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)的分級控制方式PC+單片機(jī)（或DSP）：串口、并口PC+PC：并口、網(wǎng)卡PC+總線嵌入式處理器：總線11/26/202290飛行器工程系單家元博士計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機(jī)（單片機(jī)或DSP飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導(dǎo)器件測試角度陀螺、速率陀螺、慣性平臺等導(dǎo)引頭測試光學(xué)導(dǎo)引頭（電視、紅外、激光）武器系統(tǒng)仿真導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、魚雷、飛機(jī)11/26/202291飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導(dǎo)器件測試11/26/202238飛行器舵負(fù)載模擬器物理模型（負(fù)載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出力矩的反作用力矩。包括慣性力矩、阻尼力矩和鉸鏈力矩。鉸鏈力矩：與舵偏角、速度、流體密度攻角等有關(guān)物理實現(xiàn)線性加載：鉸鏈力矩系數(shù)為常數(shù)。用彈簧模擬。隨動加載：鉸鏈力矩系數(shù)為非線性函數(shù)。需用仿真機(jī)實時根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行插值計算，然后施加到舵軸，是被動加載。用力矩伺服系統(tǒng)。液壓伺服、氣動伺服、電動伺服加載。被動加載的技術(shù)關(guān)鍵：負(fù)載模擬器與舵機(jī)互為負(fù)載，相互影響；加載力矩是根據(jù)舵偏角等計算出的，理論上存在延遲；由于上述原因，理論上存在多余力。高度的動態(tài)特性：伺服系統(tǒng)性能要高于舵機(jī)的性能。11/26/202292飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器物理模型（負(fù)載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出舵負(fù)載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成機(jī)械系統(tǒng)：同軸加載方式：小力矩，一體式臺體。力矩馬達(dá)、擺動油缸或力矩電機(jī)。連桿加載方式：大力矩，分體臺體。液壓缸。能源動力系統(tǒng)：液壓、氣動、電動伺服控制系統(tǒng)：力矩伺服控制：伺服閥＋液壓馬達(dá)、液壓缸；功率放大器＋力矩電機(jī)。力矩傳感器。位置伺服控制：電位計、光碼盤、測速機(jī)。模擬控制與數(shù)字控制：11/26/202293飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成11/26/202240飛行器工舵負(fù)載模擬器技術(shù)指標(biāo)最大力矩：150Nm最大角度：±40度力矩梯度：0.1-20Nm/度力矩精度：±1％角度精度：0.01度力矩伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標(biāo)，力矩梯度8nm/度,)角度伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標(biāo)，角度幅度±3度)多余力：20％（力矩系統(tǒng)為零指令時，角度在±3度10Hz振動））11/26/202294飛行器工程系單家元博士舵負(fù)載模擬器技術(shù)指標(biāo)11/26/202241飛行器工程系單線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運(yùn)動加速度。物理實現(xiàn)：常值：離心加速度模擬線加速度隨動：離心加速度在加速度計敏感軸上進(jìn)行分解，控制分解角度。關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)速技術(shù)：保持常值離心加速度。需進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)補(bǔ)償。角度伺服：動態(tài)環(huán)境下的角度控制。11/26/202295飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運(yùn)動加速度。11/26/20線加速度模擬臺系統(tǒng)組成臺體：大的旋轉(zhuǎn)軸系上安裝多個小的旋轉(zhuǎn)軸系。能源系統(tǒng)：PWM功率放大器速度伺服系統(tǒng)：直流力矩電機(jī)或交流力矩電機(jī)，測角測速系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)：直流力矩電機(jī)、測速機(jī)、光碼盤或圓感應(yīng)同步器11/26/202296飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺系統(tǒng)組成11/26/202243飛行器工程系線加速度模擬臺性能指標(biāo)穩(wěn)速臺：速率量程：0.1-15g,無級調(diào)整。靜態(tài)精度：a<1g,△a<5*10-4g;a>1g,△a/a<5*10-4隨動臺：位置通道數(shù)：3負(fù)載：1－3Kg最大角速度：250度/秒最大角加速度：2000度/s2最小平滑速度：0.1度/秒定位精度：0.01度頻帶：6Hz（穩(wěn)速臺15g時，角度幅度±