[发明专利]一种用于检测火箭控制系统的“模拟飞行”仿真方法

说明书

本发明公开了一种用于检测火箭控制系统的“模拟飞行”仿真方法，包括以下步骤：步骤一：使用控制系统解算火箭箭体六自由度的动力学和运动学模型并生成飞控指令；步骤二：所述飞控指令通过控制系统转换成驱动信号，所述驱动信号用于驱动伺服执行机构；所述伺服执行机构和模态激励设备共同作用，使火箭箭体发生晃动；步骤三：将箭体的特性信息回传到步骤一中，形成数据闭环；本发明通过引入了真实的火箭箭体，可以模拟难以准确建模的弹型晃动特性，进一步检验该特性对飞行品质的影响，提高飞行试验的成功率；采用真实的飞行试验产品进行仿真，取消仿真产品的研制与投产工作，避免了仿真产品与飞行产品的不一致。

技术领域

本发明涉及火箭控制系统的设计与试验领域领域，具体涉及一种用于检测火箭控制系统的“模拟飞行”仿真方法。

背景技术

仿真试验用于检验控制系统软硬件可靠性和匹配性，仿真试验最重要的两个指标，一是“相似性”，二是“实时性”。“相似性”要求仿真试验对象、数据驱动流程、核心数学模型与真实的运行机制保持高度逼真；“实时性”是指保持时空一致性，在真实的自然时间尺度下，按照客观发生流程来推进仿真，严苛的实时仿真相对于亚实时和超实时而言具备更高的真实性；

在运载火箭传统研制流程中，仿真试验主要包含两类：数学仿真、半实物仿真试验。数学仿真即针对火箭各部件建立数学模型进行理论计算与仿真，偏重于火箭方案设计阶段的控制系统中导航、制导与姿态控制的算法设计的迭代工作。半实物仿真试验引入火箭的部分实物进行“硬件在回路”的仿真。以往的仿真试验方法存在以下不足：

1、从算法验证的可信度上，数学仿真中长细比较大的运载火箭的箭体弹性晃动特性难以精确建模，弹性晃动会对火箭在关键飞行阶段尤其是回收过程严重影响飞行品质，甚至导致火箭失控自毁。数学仿真的可信度需要提高，或者与其他仿真方式进行补充校验。

2、从参试设备的一致性上，半实物仿真引入的设备是专门用仿真的样品，并非真实飞行的产品，仿真结果可信度有待提高。由于研制要求、工艺等级要求不一致，试验产品与飞行产品的一致性较差，即仿真过程与实际对象的相似性不高。这也是仿真结果往往与飞行试验实际结果差异较大的主要原因之一。

3、从试验成本的经济性上，运载火箭的半实物仿真试验需要单独购置一全套仿真产品，包含但不限于惯性测量组件、伺服机构及其加载设备、飞行控制系统、第三方数据采集单元等，成本高昂，而且随着火箭型谱发生变化，这些设备的复用率很低，造成巨大的一次性成本负担。所以需要设计一种低成本的仿真试验方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于检测火箭控制系统的“模拟飞行”仿真方法；通过将火箭箭体的弹性晃动特性闭合到仿真试验流程中，以火箭弹性晃动的实际数据为主，避免建模不准确的问题；并采用对比分析法，对理论计算的数学模型进行校验；可实现仿真试验与真实飞行的各个单机产品保持一致；降低仿真实验设备的成本并且提高仿真试验主要设备的可复用率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于检测火箭控制系统的“模拟飞行”仿真方法，包括以下步骤：

步骤一：使用控制系统解算火箭箭体六自由度的动力学和运动学模型并生成飞控指令；

步骤二：所述飞控指令通过控制系统转换成驱动信号，所述驱动信号用于驱动伺服执行机构；所述伺服执行机构和模态激励设备共同作用，使火箭箭体发生晃动；

步骤三：将箭体的特性信息回传到步骤一中，形成数据闭环。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述控制系统包括飞行控制组合、信号转发装置和伺服综控装置；所述飞行控制组合包含飞行控制软件，用于解算火箭箭体六自由度的动力学和运动学模型。