[发明专利]一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及运载火箭六自由度半物理仿真技术领域，具体涉及一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真方法及系统。

背景技术

运载火箭控制系统仿真技术的传统方法采用分离式三自由度仿真，即以质心运动为对象的制导系统仿真和以绕心运动为对象的姿态控制系统仿真。在小扰动、小偏差情况下，制导系统和姿态控制系统之间的耦合并不严重，可以独立分开进行设计和仿真。随着航天运输器复杂性增大，制导精度要求的提高，迭代制导等显式制导的应用，运输器飞行中将面临大姿态、大扰动，姿轨严重耦合问题。制导系统通过导航系统实时测量得到的弹道参数，对各类干扰引起的弹道偏差进行导引并通过控制关机点使火箭精度射向目标，姿态控制根据制导导引指令通过调整推力方式实现质心运动控制，由于导引信号不能准确预估，姿态控制系统对迭代制导的适应性传统试验方法无法考核。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真方法及系统，能够更逼真、更全面地复现运输器运动规律、特性，更好地检验控制系统方案的正确性，参数协调性，对干扰的适应性以及飞行软件的可靠性等。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、建立运载火箭六自由度分布式半物理仿真模型，并对其中的各模块分别建立仿真模型；

S2、根据运载火箭六自由度分布式半物理仿真模型中各模块之间的输入输出关系，搭建运载火箭六自由度分布式半物理仿真系统；

S3、建立运载火箭六自由度分布式半物理仿真系统试验流程，运行运载火箭六自由度分布式半物理仿真系统，模拟出运载火箭飞行的六自由度数据，完成运载火箭六自由度分布式半物理仿真。

所述的运载火箭六自由度分布式半物理仿真模型包含质心运动模型、绕心运动模型、关机方程模型、导航模型、制导模型、姿控模型、质量方程模型、气动模型、动力模型及执行机构模型。

一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真系统，其特点是，包含：

箭体模型解算模块，用于对箭体动力学模型进行解算，以输出激励信号；

模拟器模块，与所述的箭体模型解算模块连接，用于根据激励信号模拟箭体的质心和绕质心运动；

箭上单机模块，与所述的模拟器模块连接，用于敏感箭体的质心和绕质心运动，获得导航信息，并根据导航信息进行导航解算，根据理论弹道信息，进行制导解算、姿控解算，输出控制指令；

执行模块，与所述的箭上单机模块连接，用于根据控制指令，模拟箭体负载环境，并将负载环境信息反馈至箭体模型解算模块；

数据采集处理模块，用于采集仿真试验过程中的数据，并进行显示及存储。

所述的执行模块包含伺服机构、发动机、喷管模拟器、摆角测量单元、横向加载单元及侧向加载单元，用于根据控制指令驱动伺服机构或发动机，利用摆角测量单元和喷管模拟器获得摆角信息和姿控发动机开关指令，并将摆角信息和姿控发动机开关指令反馈至箭体模型解算模块。

所述的箭上单机包含箭载计算机及分别与之连接的箭上敏感器及控制执行单元，其中，所述的箭上敏感器与所述的模拟器模块连接，所述的控制执行单元与所述的伺服机构连接。

所述的箭上敏感器包含分别与箭载计算机连接的捷联惯组、GNSS接收机及速率陀螺，其中，捷联惯组包含激光惯组和光纤惯组，所述的捷联惯组用于敏感箭体姿态信息，所述的GNSS接收机用于敏感箭体速度信息、位置信息，所述速率陀螺用于敏感箭体姿态角速度信息。

所述的模拟器模块包含分别与所述的箭体模型解算模块相连的三轴转台、单轴转台、多星座导航接收机模拟器及单机模拟单元，所述单机模拟单元用于模拟箭体模型解算模块输出的视加速度信息，所述三轴转台接收箭体姿态角信息，通过三轴转台转动激励三轴转台上的捷联惯组，所述的捷联惯组将敏感到的姿态信息传递给箭载计算机，所述多星座导航接收机模拟器用于模拟卫星导航信息用于激励GNSS接收机，所述单轴转台用于接收箭体角速度信息，通过单轴转台转动激励单轴转台上速率陀螺。

所述的控制执行单元包含综合控制器、伺服控制器，用于接收控制指令，驱动伺服机构或喷管模拟器工作，所述的综合控制器分别与所述的箭载计算机及喷管模拟器连接，所述的伺服控制器与所述的伺服机构连接。