[科普中國(guó)]-飛控艙

簡(jiǎn)介

新型導(dǎo)彈的飛控艙不僅具有穩(wěn)定控制功能，還具有導(dǎo)航、制導(dǎo)和全彈邏輯時(shí)序控制等功能。新型導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)功能不再由導(dǎo)引頭獨(dú)立完成，而是由導(dǎo)引頭和飛控艙共同完成。飛控艙憑借自身的信息融合優(yōu)勢(shì)，承擔(dān)了大量的制導(dǎo)系統(tǒng)任務(wù)。主要有協(xié)助導(dǎo)引頭快速發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，在導(dǎo)引頭丟失目標(biāo)后，飛控艙將估算的目標(biāo)信息通知導(dǎo)引頭，協(xié)助導(dǎo)引頭再次截獲目標(biāo)。所以飛控艙在制導(dǎo)系統(tǒng)中有著重要的作用，如圖所示。

新型飛控艙一般由飛控計(jì)算機(jī)、信息接口電路、二次電源、慣性器件處理電路、三軸陀螺、三軸加速度計(jì)、以及飛控軟件等組成。飛控艙集制導(dǎo)、控制、導(dǎo)航、調(diào)度等諸多功能于一體，是新型導(dǎo)彈的核心組成部分，是整個(gè)導(dǎo)彈的控制中心。

飛控艙仿真器設(shè)計(jì)飛控艙仿真器可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，一種方法是由工控計(jì)算機(jī)、各種接口板卡(模擬飛控艙對(duì)外接口)、以及仿真軟件等組成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由仿真軟件運(yùn)行各種仿真模型，并控制工控機(jī)中的接口卡來(lái)實(shí)現(xiàn)飛控艙的功能。另一種方法是設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由嵌入式計(jì)算機(jī)控制外圍接口電路來(lái)模擬飛控艙的功能。這2種方法的設(shè)計(jì)思想基本一致，只是控制計(jì)算機(jī)不同而已。

以上2種方法硬件組成比較簡(jiǎn)單、投資成本較低，開(kāi)發(fā)比較靈活。但都存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是仿真器軟件的設(shè)計(jì)難度較大。仿真器軟件不僅要具有對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)航、穩(wěn)定控制、制導(dǎo)控制等飛控艙的所有算法功能，而且必須能夠按照飛控艙的技術(shù)協(xié)議對(duì)外進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換，其設(shè)計(jì)難度不言而喻。

由于限制飛控艙使用壽命、需要轉(zhuǎn)臺(tái)配合工作的主要因素是慣性器件，如果能夠設(shè)計(jì)一個(gè)慣性器件模擬器取代真實(shí)慣性器件，與飛控艙的其他部分一起組成飛控艙仿真器，同樣可以避免慣性器件引起的飛控艙使用限制問(wèn)題。

具體是采用真實(shí)飛控艙的飛控計(jì)算機(jī)及飛控接口電路、運(yùn)行真實(shí)飛控軟件、用慣性器件模擬器取代真實(shí)慣性器件與飛控接口電路相連，組成飛控仿真器。這樣既可以避免飛控算法軟件的開(kāi)發(fā)困難，又可以避免飛控艙復(fù)雜的對(duì)外接口協(xié)議。只要設(shè)法讓?xiě)T性器件模擬器輸出的信號(hào)滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，飛控仿真器的各項(xiàng)功能就能與真實(shí)飛控艙一致，也就能使飛控仿真器滿(mǎn)足制導(dǎo)系統(tǒng)的試驗(yàn)需要。這一方法飛控艙仿真器構(gòu)成示意圖。

這種飛控艙仿真器的設(shè)計(jì)方法，一方面使飛控艙仿真器的設(shè)計(jì)和調(diào)試大大簡(jiǎn)化，只需要研制慣性器件模擬器，并能夠控制慣性器件模擬器按照要求輸出模擬慣性信息即可。另一方面，由于采用真實(shí)飛控接口電路、運(yùn)行真實(shí)飛控軟件，使得飛控仿真器的軟件算法、工作時(shí)序、電氣接口、通訊協(xié)議、甚至機(jī)械尺寸等均能夠與真實(shí)飛控艙一致，更加接近真實(shí)產(chǎn)品，可以大大提高試驗(yàn)的可信度。

慣性器件模擬器設(shè)計(jì)成嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由控制計(jì)算機(jī)、多功能接口卡、慣性信號(hào)輸出電路等組成。其中慣性信號(hào)輸出電路可以在控制計(jì)算機(jī)的控制下輸出角速度和加速度模擬信號(hào)，多功能接口卡用于慣性器件模擬器與飛控計(jì)算機(jī)或外部試驗(yàn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互。將慣性器件模擬器與真實(shí)飛控艙接口電路進(jìn)行電氣和結(jié)構(gòu)連接就可以形成飛控艙仿真器。1

飛控艙動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)飛控艙的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。飛控艙由飛控計(jì)算機(jī)、控制電路、電源、傳感器和系統(tǒng)軟件組成，為了完成對(duì)飛控艙的檢測(cè)，需要建立完整的測(cè)試系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，硬件部分由控制計(jì)算機(jī)、與飛控艙工作插頭相連的接口電路、遙測(cè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，以及與飛控艙遙測(cè)插頭相連的接口電路、連接電纜和測(cè)試軟件包等構(gòu)成。

功能動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的功能有以下幾個(gè)方面：

a、檢測(cè)飛控艙功能的正確性，即在外部環(huán)境正常的情況下，檢測(cè)飛控艙的硬件和軟件運(yùn)行的正確性。

b、在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，進(jìn)一步研究和優(yōu)化飛控艙，并可進(jìn)行制導(dǎo)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)引率的研究，以及控制參數(shù)的選擇、飛行試驗(yàn)預(yù)估和結(jié)果分析等。

c、研究和積累飛控艙中的元器件、部件、組件、分系統(tǒng)和工作軟件的實(shí)效模式，從而改進(jìn)和提高系統(tǒng)的可靠性。

系統(tǒng)組成為了實(shí)現(xiàn)飛控艙的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，需要建立飛控艙的完整的系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，包括測(cè)試時(shí)所用的實(shí)物，即飛控艙(包括飛控計(jì)算機(jī)、控制電路、電源和系統(tǒng)軟件)，飛控艙與控制計(jì)算機(jī)、遙測(cè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)之間的接口電路，以及在控制計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的其他艙段和部件的數(shù)學(xué)模型:舵機(jī)數(shù)學(xué)模型，彈體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型、導(dǎo)引頭數(shù)學(xué)模型、載機(jī)數(shù)學(xué)模型、目標(biāo)數(shù)學(xué)模型。

動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備由控制計(jì)算機(jī)、一個(gè)工業(yè)控制機(jī)箱、五種實(shí)時(shí)控制接口板(任務(wù)數(shù)據(jù)傳輸接口、指令接口、傳感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口、實(shí)時(shí)A/D和電源控制板安裝在工業(yè)控制機(jī)箱內(nèi))、連接電纜和遙測(cè)數(shù)據(jù)接收設(shè)備組成。遙測(cè)數(shù)據(jù)接收設(shè)備由一臺(tái)微機(jī)、控制機(jī)箱和檢測(cè)接口板(遙測(cè)接口、A/D板、D/A板、信號(hào)調(diào)理電路)組成。

動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)自檢軟件主要用于檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)接口和遙測(cè)計(jì)算機(jī)接口工作的正確性，并能判斷故障的出處。

控制運(yùn)算軟件包括系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型部分的計(jì)算軟件和管理軟件兩部分，本系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算部分包括導(dǎo)引頭模型計(jì)算、舵機(jī)模型計(jì)算、導(dǎo)彈氣動(dòng)力及力矩計(jì)算、導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算和導(dǎo)彈、目標(biāo)、載機(jī)三者各自的運(yùn)動(dòng)學(xué)及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算。

管理軟件是一些有關(guān)接口設(shè)備和產(chǎn)品進(jìn)行初始化及接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，包括在控制運(yùn)算過(guò)程中與接口的數(shù)據(jù)交換、定時(shí)中斷控制等，并對(duì)整個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理程序包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及事后處理。遙測(cè)結(jié)果一方面在微機(jī)監(jiān)視器上顯示，另一方面以文件的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)及結(jié)果可進(jìn)行記錄并能夠以一定的格式打印。對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目可以進(jìn)行綜合測(cè)試，也可以根據(jù)需要，進(jìn)行單項(xiàng)檢測(cè)。2