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)仿真計算機技術(shù)7/26/20231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7/26/20231飛行器工程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：可使無法準確建立模型的部件直接進入仿真回路；通過模型與實物之間的切換，進一步校驗模型；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，用物理部件實物進行仿真的技術(shù)。7/26/20232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、空間運動學和動力學等。物理模型建立技術(shù)：運動環(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：負載模擬器（舵、發(fā)動機）光學環(huán)境：激光、紅外、電視目標模擬器電磁環(huán)境：射頻目標模擬器（雷達導引頭、雷達）壓力環(huán)境：大氣壓（高度計）、水壓（深度計）、壓力（地雷）7/26/20233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)：7/26/20233飛行器工程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7/26/20234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)7/26/20234飛行器工程系半實物仿真系統(tǒng)組成仿真設(shè)備：如各種目標模擬器、仿真計算機、飛行模擬轉(zhuǎn)臺、線加速度模器、負載力矩模擬器、衛(wèi)星導航信號模擬器等等。參試設(shè)備：如制導控制計算機、陀螺儀、組合導航系統(tǒng)、舵機等。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。7/26/20235飛行器工程系單家元博士半實物仿真系統(tǒng)組成7/26/20235飛行器工程系單家元博半實物仿真系統(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)學模型盡量多的物理模型不可實現(xiàn)的數(shù)學模型7/26/20236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7/26/20236飛行半實物仿真系統(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)學相似、邏輯相似相似方法模式相似、模糊相似、組合相似、坐標變換相似實現(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、光學、電磁7/26/20237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7/26/20237飛行器工物理模擬設(shè)備與技術(shù)飛行模擬器舵負載模擬器線加速度模擬器目標/環(huán)境模擬器紅外激光雷達電視聲場7/26/20238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7/26/20238飛行器工程系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)指標飛行模擬轉(zhuǎn)臺的組成分析模擬轉(zhuǎn)臺的計算機控制7/26/20239飛行器工程系單家元博士飛行模擬器飛行模擬器分類7/26/20239飛行器工程系單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、導引頭等制導控制部件的測試與仿真7/26/202310飛行器工程系單家元博士飛行模擬器分類飛行模擬平臺：7/26/202310飛行器工程三自由度航向、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7/26/202311飛行器工程系單家元博士三自由度飛行模擬平臺7/26/202311飛行器工程系單家7/26/202312飛行器工程系單家元博士7/26/202312飛行器工程系單家元博士7/26/202313飛行器工程系單家元博士7/26/202313飛行器工程系單家元博士7/26/202314飛行器工程系單家元博士7/26/202314飛行器工程系單家元博士7/26/202315飛行器工程系單家元博士7/26/202315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7/26/202316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7/26/202316飛7/26/202317飛行器工程系單家元博士7/26/202317飛行器工程系單家元博士7/26/202318飛行器工程系單家元博士7/26/202318飛行器工程系單家元博士7/26/202319飛行器工程系單家元博士7/26/202319飛行器工程系單家元博士7/26/202320飛行器工程系單家元博士7/26/202320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)控制機械系統(tǒng)作角度轉(zhuǎn)動，為安裝在機械系統(tǒng)上的慣性測量部件提供姿態(tài)運動環(huán)境。伺服控制系統(tǒng)：保證轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)一定性能指標的控制系統(tǒng)：一般由測速機構(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)進行位置控制，同時對位置輸入進行微分，實現(xiàn)復合前饋控制，提高系統(tǒng)響應(yīng)。7/26/202321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)、機械飛行模擬轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)7/26/202322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)7/26/202322飛行器工程系飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標性能指標：約束轉(zhuǎn)臺角運動靜態(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、維護方面的功能。7/26/202323飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標性能指標：7/26/202323飛行器飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標項目單位內(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

負載質(zhì)量公斤30～50負載尺寸cm200*100*150三軸不相交度Mm0.2三軸不垂直度角秒127/26/202324飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺性能指標項目單位內(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械和電氣越位開關(guān)、操作互鎖、手動和自動斷電保護可維修性：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、軟件外觀功能擴展：測試信號、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示7/26/202325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)機械系統(tǒng)7/26/202326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)7/26/202326飛行器工程系動力系統(tǒng)液壓能源三相電機－油泵分油器、過濾器、溢流閥冷卻系統(tǒng)－水箱，水泵遠程控制系統(tǒng)－調(diào)壓閥7/26/202327飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)液壓能源7/26/202327飛行器工程系單家元博動力系統(tǒng)直流電源可控硅直流電源開關(guān)穩(wěn)壓電源7/26/202328飛行器工程系單家元博士動力系統(tǒng)直流電源7/26/202328飛行器工程系單家元博伺服控制系統(tǒng)控制元件：執(zhí)行控制算法，產(chǎn)生控制信號（電壓）運算放大器；微處理器（單片機,DSP,80X86）驅(qū)動元件：對控制電壓信號進行變換，為執(zhí)行機構(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)生機械運動直流電機；液壓馬達（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7/26/202329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）7/伺服控制系統(tǒng)控制元件運算放大器單片機DSP處理芯片80x867/26/202330飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)控制元件7/26/202330飛行器工程系單家伺服控制系統(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：1－20KHz7/26/202331飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動元件7/26/202331飛行器工程系單家伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓馬達－低速大扭轉(zhuǎn)徑向柱塞馬達直流力矩電機－稀土電磁力矩7/26/202332飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行元件7/26/202332飛行器工程系單家伺服控制系統(tǒng)測量元件速度：測速機位置：電位計：光碼盤：編碼器園感應(yīng)同步器：旋轉(zhuǎn)變壓器7/26/202333飛行器工程系單家元博士伺服控制系統(tǒng)測量元件7/26/202333飛行器工程系單家機械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T敞開式結(jié)構(gòu)：U封閉式結(jié)構(gòu)：O7/26/202334飛行器工程系單家元博士機械系統(tǒng)立式結(jié)構(gòu)：Y,T7/26/202334飛行器工程系計算機控制系統(tǒng)特點：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方面的要求7/26/202335飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)特點：通過測角系統(tǒng)與控制器的數(shù)字化，實現(xiàn)高精度計算機控制系統(tǒng)的特點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7/26/202336飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的特點控制算法的多樣性7/26/202336飛計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP）各自負責獨立控制通道。集中式控制：由一個處理器（小型機、PC）承擔所有控制通道的控制任務(wù)集散式控制：采用上下位機結(jié)構(gòu)的分級控制方式PC+單片機（或DSP）：串口、并口PC+PC：并口、網(wǎng)卡PC+總線嵌入式處理器：總線7/26/202337飛行器工程系單家元博士計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分布式控制：多處理機（單片機或DSP飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導器件測試角度陀螺、速率陀螺、慣性平臺等導引頭測試光學導引頭（電視、紅外、激光）武器系統(tǒng)仿真導彈、制導炸彈、魚雷、飛機7/26/202338飛行器工程系單家元博士飛行模擬轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用慣導器件測試7/26/202338飛行器工舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：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)。需用仿真機實時根據(jù)相關(guān)參數(shù)進行插值計算，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：負載模擬器與舵機互為負載，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)性能要高于舵機的性能。7/26/202339飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器物理模型（負載力矩）：舵受到的流體動力。是舵輸出舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成機械系統(tǒng)：同軸加載方式：小力矩，一體式臺體。力矩馬達、擺動油缸或力矩電機。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、液壓缸；功率放大器＋力矩電機。力矩傳感器。位置伺服控制：電位計、光碼盤、測速機。模擬控制與數(shù)字控制：7/26/202340飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器隨動加載系統(tǒng)組成7/26/202340飛行器工程舵負載模擬器技術(shù)指標最大力矩：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，力矩梯度8nm/度,)角度伺服系統(tǒng)頻帶：10Hz(雙5指標，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））7/26/202341飛行器工程系單家元博士舵負載模擬器技術(shù)指標7/26/202341飛行器工程系單家線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。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。需進行靜態(tài)和動態(tài)補償。角度伺服：動態(tài)環(huán)境下的角度控制。7/26/202342飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺物理模型：質(zhì)心直線運動加速度。7/26/202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)：直流力矩電機或交流力矩電機，測角測速系統(tǒng)位置伺服系統(tǒng)：直流力矩電機、測速機、光碼盤或圓感應(yīng)同步器7/26/202343飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺系統(tǒng)組成7/26/202343飛行器工程系單線加速度模擬臺性能指標穩(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）7/26/202344飛行器工程系單家元博士線加速度模擬臺性能指標7/26/202344飛行器工程系單目標/環(huán)境模擬器目標特性運動特性：用相對運動（角運動）模擬物理特性：激光、紅外（點/成像）、電視、雷達、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：與目標物理特性對應(yīng)的假目標、干擾信號7/26/202345飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器目標特性7/26/202345飛行器工程系目標/環(huán)境模擬器運動特性模擬轉(zhuǎn)臺：相對運動原理。物理特性模擬紅外點光源/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。7/26/202346飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器運動特性模擬7/26/202346飛行器工程目標/環(huán)境模擬器分類（按照目標信號的饋入方式）輻射式（反射式）：尋的制導輻射信號的物理性質(zhì)不同：光學：機械式、平行光管式和復合擴束式微波/毫米波/聲場：陣列式按照結(jié)構(gòu)機械式：通過機械帶動輻射源作角運動。陣列式：射頻和聲場。機電混合式：注入式（直入式）：尋的制導、指令制導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特性直接注入目標探測設(shè)備7/26/202347飛行器工程系單家元博士目標/環(huán)境模擬器分類（按照目標信號的饋入方式）7/26/20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漫反射仿真方案7/26/202348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漫