作者/ 范勇 刘曌 李钊 上海航天操控技能研讨所(上海 201109)
范勇(1987-)，男，硕士，助理工程师，研讨方向：实时仿真体系规划。
摘要：为确保制导体系半什物仿真的实时性和精确性，缩短开发周期，本文依据VeriStand、Simulink和PharLap组合方法构建实时仿真渠道。该渠道经过VeriStand完结对仿真模型的在线办理和仿实在验的操控，以及对模型参数的在线显现和修正;选用PharLap实时操作体系确保仿真模型履行的实时性，经过Simulink对体系进行建模，到达快速仿真规划、下降开发周期、弱化人为影响的意图。制导半什物仿真实验标明：仿真渠道作业牢靠，实时性能好，可以进步半什物仿真实验的开发功率和牢靠性。
导言
运载火箭操控体系的首要功用是制导、姿势操控和指令操控等[1]。制导的使命是对火箭质心的运动参数进行实时灵敏丈量、核算和操控。当火箭的运动参数到达要求值时，封闭发动机，使火箭按规划的轨迹飞翔[1]。半什物仿实在验技能是运载火箭操控体系研发不行短少的手法[2]。经过半什物仿实在验可以查核箭载核算机飞翔软件和制导体系计划的正确性，确保火箭飞翔牢靠。
仿真软件是整个仿真体系的魂灵[3]，仿真软件的质量直接影响半什物仿实在验成果的精度和牢靠性。火箭操控体系具有高速实时的特色，在箭载核算机中，数据采样时刻距离一般为几毫秒到几十毫秒，核算周期等于采样距离时刻或它的数倍[4]，这就要求仿真体系具有实时性。关于不同类型的半什物仿真，因为规划人员才能纷歧，不能确保仿真软件精确牢靠，然后影响实验的周期和成果。
为了在线办理和操控仿实在验，确保火箭制导体系半什物仿真的实时性、牢靠性，下降开发周期。本文提出一种依据VeriStand、Simulink和PharLap组合的方法构建半什物实时仿真渠道，一方面经过PharLap操作体系确保了体系仿真的实时性，另一方面运用Simulink建模并生成代码到达快速仿真的意图，缩短项目开发周期。一起经过VeriStand可以完结对实时仿真渠道进行办理和在线显现、修正仿真模型参数，完结对仿真进程的在线办理和操控。
1 VeriStand和渠道硬件组成
1.1 VeriStand简介
VeriStand[5]是一款敞开的实时测验和仿真软件。它支撑多种模型开发环境，包含Simulink、LabVIEW、MapleSim、FORTRAN/C/C++等。用户经过它可以实时修正用户界面、操控和显现仿真模型参数、监控和办理仿真模型和实时体系。
1.2 渠道硬件组成
实时仿真渠道由动力学上位机和动力学实时仿真机组成。
上位机为一般PC机。
实时仿真机硬件由NI机箱PXI-1042Q、零槽操控器PXI-8110以及完结相关功用的IO板卡组成。IO功用板卡包含1553B总线通讯模块、秒脉宽输出模块和状况(继电器、0/10V等)输出模块。渠道硬件结构框图如图1所示。
1553B通讯模块选用AIT的PXI-1553B 2通道板卡，用来模仿箭上单机的接口与箭体核算机进行1553B的数据通讯。
秒脉冲输出模块用来模仿GNSS秒脉冲信号，对箭体核算机进行校正;状况输出模块用来模仿星箭别离信号。秒脉冲输出模块和状况输出模块均为自研产品，结构上选用子母板结合的方法，子板的主体为FPGA，它将完结详细的逻辑功用。并将上行和下行数据进行保存。母板的主体为PCI9054，经过CPCI总线，担任FPGA的数据与零槽操控器的数据进行交流。板卡功用结构框图如图2所示。
2 仿真渠道完结
2.1 实时仿真开发结构
上位机为Windows体系，运转Simulink、LabVIEW、VeriStand和Visual Studio 2008四种软件环境，下位机为PharLap体系，运转VeriStand引擎，两者经过以太网衔接。
在上位机完结仿真软件的规划后，经过VeriStand软件的装备和操控，将仿真软件下载到下位机中并在VeriStand引擎结构中履行;一起经过VeriStand对动力学仿真软件参数进行在线显现和修正，终究完结半什物实时仿真的意图。
实时仿真开发结构如图3所示。
2.2 渠道的规划
仿真渠道中仿真模型由驱动接口模块和动力学仿真模型模块组成，其间驱动接口模块包含UDP接口模块、UDP发送模块、1553B总线驱动模块、状况卡驱动模块、秒脉冲卡驱动模块。仿真模型的结构框图如图4所示。
2.2.1 驱动接口规划
依据VeriStand可以选用多种方法开发驱动模块。因为Simulink东西包不包含支撑PharLap实时体系的硬件驱动模块库，在仿真渠道中需求依据实际运用环境来开发驱动接口模块。
1)UDP通讯模块
因为UDP通讯与仿真模型为串行联系，即在仿真模型一个周期开始时收集UDP接纳模块的指令包，然后再在周期结束时将动力学遥测发送至UDP发送模块。因而UDP通讯选用VeriStand中Custom Device的方法完结。
首要经过Custom Device模板东西生成Custom Device工程，工程中首要包含3个VI。Initialization VI完结Custom Device驱动程序被增加到VeriStand时的功用。Main Page完结Custom Device驱动程序被增加到VeriStand后装备Custom Device的功用，比方UDP通讯中的IP、端口号设置等。RT Driver VI界说了Custom Device驱动被下载到下位机运转的履行行为。
2)1553B通讯模块
仿真渠道中1553B驱动模块分为初始化模块和读写操作模块。
经过AIT公司供给的AIT Flight Simulyzer软件能选用图形化装备的方法生成AIT 1553B板卡的初始化文件，可是只存在调用该文件的LabVIEW函数接口。因而，1553B通讯初始化模块选用LabVIEW生成VeriStand *.lvmodel类型模型文件的方法完结。
在仿真模型中AIT 1553B板卡用来模仿多种箭上单机的接口，通讯方法无规律，存在相应的C函数接口和LabVIEW函数接口。Custom Device的履行和仿真模型的履行是并行联系，不适合选用Custom Device完结1553B模块的读写功用。因而，对1553B模块的读写操作选用S函数[6]的方法完结。完结的功用有：1553B读数据功用、1553B写数据功用、16位CRC核算等。
3)状况输出模块和秒脉冲输出模块
状况输出模块和秒脉冲输出模块均选用PCI9054接口芯片，支撑VISA[7]函数接口的调用，因而，选用S函数的方法完结。
状况输出模块和秒脉冲输出模块为自研硬件模块，在操作这些模块之前，有必要使这些硬件模块能被仿真渠道辨认。体系中运用NI-VISA Driver Wizard东西，依据设备的根本特点(PCI Device ID和Vector ID)生成*.inf文件，然后经过FTP下传到下位机，重启下位机后PharLap实时体系就能辨认该硬件根本信息并分配硬件设备称号。
状况输出模块和秒脉冲输出模块的初始化、读写操作均选用S函数的方法完结，经过VISA函数接口完结相应的功用操作。
2.2.2 动力学解算模块
该模块中经过动力学方程解算出火箭的姿势和方位信息，然后依据姿势和方位信息转换成捷联惯组的输出并经过1553B的硬件通讯接口发送给箭机。
2.2.3 编译环境
仿真渠道的S函数中调用了VISA库函数库和AIT 1553B驱动函数库，在VeriStand的makefile文件NIVeriStand_vc.tmf的LIBS中增加对两种函数库文件的包含，增加内容如下：
LIBS = $(LIBS) XX\owl1553.lib
LIBS = $(LIBS) XX\visa32.lib
LIBS = $(LIBS)
3 仿真渠道的验证
依据VeriStand 的火箭制导体系的半什物仿真渠道验证实验流程如图5所示。
以某型火箭为例，该制导体系的半什物仿真渠道验证实验进程详细如下：
1)在Simulink中树立某型火箭的仿真模型，然后运用RTW东西依据VeriStand供给的TLC文件和修正的tmf文件主动生成代码，编译生成DLL文件。
2)在AIT Flight Simulyzer软件中完结AIT板卡的装备文件的输出，经过FTP下传到下位机指定目录。经过LabVIEW编写1553B初始化程序，生成lvmodel文件。
3)经过Custom Device Template Tool生成Custom Device模块，然后增加UDP接纳和UDP发送功用，最终编译生成VeriStand引擎可履行的文件。
4)将各个模块组件增加到VeriStand中，经过mapping的方法将各个组件的信号进行映射。一起，设置各个模块的履行次序，履行次序依次为：1553B初始化模型、UDP接纳驱动、仿真模型、UDP发送驱动。
5)将装备好的VeriStand使用程序下载到下位机运转，经过VeriStand工程的监控界面完结对仿真模型参数的实时显现和在线修正。
按某型火箭树立的制导体系半什物仿真验证渠道的什物图如图6所示。该渠道由动力学上位机和方针机组成。两者经过以太网衔接。上位机运转Simulink、LabVIEW、VeriStand和Visual Studio 2008四种软件环境，进行火箭动力学模型及对应硬件驱动接口模型的编译、下载和硬件在环的监控办理。下位机为PharLap体系，运转VeriStand引擎，装备的IO功用板卡包含：1553B总线通讯模块，秒脉宽输出模块，状况(继电器、0/10V等)输出模块。
比照某型箭机半什物仿实在验成果可知，树立的依据VeriStand的制导体系半什物仿真渠道可以较快的进行箭机的硬件在环仿真，实验实在、有用，进步了半什物仿真渠道实时性和开发功率。
4 定论
本文经过VeriStand、Simulink、PharLap组合的方法来构建实时仿真渠道，并成功地使用于火箭制导体系半什物实时仿真体系中。实验成果证明仿真渠道作业牢靠，实时性能好，可以满意火箭制导体系半什物仿真的实时性要求。一起渠道下降了仿真软件开发周期，增强了仿真软件规划的牢靠性，完结了对仿真模型的进程监控和操控，对其它半什物仿真渠道的规划有必定的参阅和学习含义。
参阅文献：
[1]顾胜,祝学军,杨华.依据1553B总线的运载火箭操控体系分析[J].导弹与航天运载技能,2005(3):9-12.
[2]陈宜成,朱友忠.运载火箭操控体系通用仿真软件规划渠道[J].核算机仿真,2005(5):46-55.
[3]徐庚保,曾莲芝.勇攀国际科技顶峰的我国仿真技能[J].核算机仿真,2004(4):5-9.
[4]任广辰,闫长灿.箭载核算机在运载火箭中的功用研讨[J].科技立异导报,2016(20):15-16.
[5]王好端.混合动力操控器集成开发渠道规划及使用[D].清华大学,2012.
[6]陈怀民,寇云林,吴成富,等.依据VxWorks半物理仿真中S-函数驱动模块的开发[J].核算机丈量与操控,2009(17):599-602.
[7]鹿欣.依据LabVIEW的惯测组件实时测验体系研发[D].南京航空航天大学,2010.
本文来源于《电子产品国际》2017年第9期第65页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
