基于LabVIEW RT的交会对接实时仿真系统设计

• 作 者: 杨洋
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 交会对接 LabVIEW RT 动力学仿真 方案设计 半物理实时仿真

交会对接技术与天地往返、出舱活动技术并称为载人航天三大基本技术,其技术主要能够服务于长期载人航天飞行、大型空间站使用以及相关补给任务的重要支撑部分,因此作为一项复杂的系统来说,设计其系统具有诸多要求。如何真实且有效的设计交会对接的仿真测试具有非常重要的意义,随着目前航天事业的发展,在航天领域中引入实时仿真技术已经有了一定的应用。而Lab VIEW RT是在Lab VIEW编程软件的基础上,衍生出的一种面向实时系统的,且能够与相应实时硬件配合的实时操作系统,相比其他的实时系统来说,它的丰富的软硬件平台是其他实时系统所不具有的。本文基于某实际项目“XX控制与仿真”,针对空间飞行器的动力学模型设计、仿真方案、半物理仿真试验等进行了深入研究。其主要内容包括:首先,在轨道坐标系中介绍了相对运动方程,即C-W方程,之后通过数学建模并分析其相对运动特点及性质;之后由于在近距离相对运动中的姿态运动也是不可忽视的一部分,故继而对相对姿态运动进行研究;最后通过对比分析自然状态下以及受摄动影响的数学仿真模型,研究摄动对空间飞行器的近距离相对运动的影响。之后,在近距离交会过程中,单一的惯性元件导航或者CCD相机导航都有着各自独立的优缺点,结合实际情况并不能单一有效的完成导航任务,为此本文结合两种导航系统的优势,分析并设计了IMU/CCD组合导航系统,提高系统的导航精度。其次,采用NI公司的仿真接口工具包(Simulation Interface Tookit,SIT)将之前在MATLAB/Simulink下的数字仿真模型转化为能够在Lab VIEW RT下实时运行的实时动力学仿真模型,并设计相应的模块化开发流程。最后,设计了近距离交会实时仿真系统整体方案,规划出实时仿真系统的整体组成以及各个子系统下的主要功能。针对实时仿真模型采用了NI-PXIe系列硬件以及相应的Lab VIEW RT下的实时仿真模型,并通过设计使得其具有良好的扩展性;针对分布式实时仿系统,通过共享内存的方式解决了各个子系统之间的数据传输问题;最后由Lab VIEW编写综合控制系统,提供良好的人机界面,并配合其他实验室现有设备进行半物理仿真试验。