【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿真控制，特别是一种运载火箭多通道并行仿真系统及方法。
技术介绍
1、现代航天任务中，运载火箭作为核心工具承担着很多重要任务。然而，由于运载火箭涉及复杂的工程系统和高风险的发射过程，因此在实际发射之前进行全面、精确的仿真成为不可或缺的一环。通过运载火箭仿真系统，可以模拟各个部件之间的相互作用和各种复杂情况下的性能表现，从而提前发现潜在的安全隐患，优化火箭设计以提高其稳定性和安全性，使得整个火箭系统在保证安全的前提下达到最佳的性能状态。
2、传统的运载火箭仿真系统通常由分立的伺服控制器或计算机构成，每个伺服控制器负责处理特定的任务或仿真通道，由于各个仿真通道的伺服控制器独立工作，难以做到精确的同步控制。在某些需要多通道协同工作的场景下，传统的伺服控制器架构可能会出现时间延迟和数据传输不一致的问题，无法提供足够的同步性，导致难以实现精确的多通道协同控制。例如：专利cn117856669a实现单个伺服的实时控制，提高伺服控制的精确性；专利cn117703623a实现了单个发动机的自适应精确控制；专利cn117875095a通过对运载火箭发动机系统中的多个发动机组件分别进行封装处理，在接口输入层面提高了对发动机组件的快速分析；专利cn117949212a通过多通道发动机数据加权融合给出发动机故障诊断方法，提高故障诊断的可信度。但前两者仅是对于单个通道组件的提升和优化，后两者未曾考虑不同组件之间的数据通讯不一致和时间延迟，在进行大量组件分析时均可能导致结果精确度下降。
技术实现思路b>
1、本专利技术的目的在于提供一种运载火箭多通道并行仿真系统及方法，采用总线型结构，将不同的仿真通道通过总线进行连接，实现数据的快速传输和同步控制，减小不同通道指令传输的延迟，提高仿真效率和仿真可靠性，降低成本，为运载火箭发射飞行和理论分析提供依据。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：
3、一种运载火箭多通道并行仿真系统，该系统包括地面控制设备、飞行控制仿真计算机、数据通讯设备、发动机模型；所述飞行控制仿真计算机设置有角度信息解算模块和控制器指令生成模块；所述发动机模型的数量为多个，每个发动机模型均设置有1个发动机、2个伺服机构和2个伺服控制器，其中：
4、所述地面控制设备，用于生成真实发动机摆角控制信号，包括正弦信号、余弦信号、阶跃信号，也支持导入既有的发动机指令，并通过rs422串口发送至飞行控制仿真计算机；
5、所述飞行控制仿真计算机，设有角度信息解算模块和控制器指令生成模块；角度信息解算模块将地面控制设备发送的发动机摆角控制信号，转变为发动机模型中伺服机构的伸缩距离；控制器指令生成模块生成不同发动机模型中伺服机构的控制指令，所述控制指令包括寻零指令、标定指令、伸长/缩短指令、故障清除指令，将生成的控制指令通过rs232串口发送至数据通讯设备；
6、所述数据通讯设备，包括一台ethercat主站和多台从站，从站数目与伺服控制器数目相同，用于将控制指令分类并通过总线同步传输至不同的伺服控制器；
7、所述发动机模型中的伺服控制器接收数据通讯设备的控制指令，根据控制指令控制伺服机构进行伸缩运动，带动发动机模型喷管进行运动，模拟运载火箭真实环境下摆动；同时收集当前状态信息，包括姿态角、速度，并将当前状态信息返回至地面控制设备，进行实时监测和仿真分析。
8、一种运载火箭多通道并行仿真方法，该方法基于所述的运载火箭多通道并行仿真系统，具体步骤如下：
9、步骤1、设备上电，飞行控制仿真计算机生成伺服机构寻零指令，控制伺服机构运动至电零位；飞行控制仿真计算机生成伺服机构标定指令，对伺服机构位置进行标定；
10、步骤2、地面控制设备根据不同的运载火箭飞行阶段，确立当前阶段中运动的发动机，生成发动机摆角控制信号，通过rs422串口发送至飞行控制仿真计算机；
11、步骤3、飞行控制仿真计算机对接收到的发动机摆角控制信号进行分析，解算得到伺服机构运动距离，生成不同伺服机构对应的控制指令，通过rs232串口发送至数据通讯设备；
12、步骤4、数据通讯设备将控制指令分类，通过总线同步传输至伺服控制器；
13、步骤5、伺服控制器根据控制指令控制伺服机构进行伸缩运动，实现对发动机模型的运动控制，模拟火箭发动机在真实环境中的摆动和响应，收集当前发动机模型状态信息，并将其返回至地面控制设备；
14、步骤6、重复步骤2~步骤5，实现运载火箭的多通道并行仿真。
15、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
16、（1）使用ethercat总线技术实现了伺服机构的多通道同步控制，多个通道互不干涉，增强了伺服机构间的同步性和灵敏性，提高了仿真的精度；
17、（2）地面设备用于模拟生成真实发动机摆动信息，既可使用设备模拟信息，也支持既有的发动机指令，保证了输入数据的多样性，提高了设备的灵活性和通用性；
18、（3）使用飞行控制仿真计算机生成控制指令，输入仅为摆角控制信号，减少了输入的复杂程度，更加方便地进行控制指令的生成和优化，同时减少了人为错误的可能性，有助于提高仿真计算机的效率和精度；
19、（4）采用循环同步位置模式，减小了控制指令长度，减少了数据传输时间，加强了响应的快速性。
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1.一种运载火箭多通道并行仿真系统，其特征在于，该系统包括地面控制设备、飞行控制仿真计算机、数据通讯设备、发动机模型；所述飞行控制仿真计算机设置有角度信息解算模块和控制器指令生成模块；所述发动机模型的数量为多个，每个发动机模型均设置有1个发动机、2个伺服机构和2个伺服控制器，其中：
2.一种运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的运载火箭多通道并行仿真系统，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤1中的寻零指令、标定指令，具体如下：
4.根据权利要求2所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤2中的生成发动机摆角控制信号，具体如下：
5.根据权利要求4所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
6.根据权利要求5所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤（3.1）~步骤（3.4）的处理过程，具体如下：
7.根据权利要求5所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤（3.5）中的伺服机构控制方法为
8.根据权利要求5所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤（3.5）中的MODBUS协议包括从站地址、功能码、所写参数起始地址、所写参数数目、所写参数所使用寄存器数目、数据位和校验位；数据位为伺服机构控制指令，包括每个伺服机构的控制模式、控制字、目标位置、灯光控制模式、寻零控制模式。
9.根据权利要求5所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤4中的数据通讯设备将控制指令分类，通过总线同步传输至伺服控制器，具体如下：
10.根据权利要求9所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤5中的伺服控制器根据控制指令控制伺服机构进行伸缩运动，实现对发动机模型的运动控制，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种运载火箭多通道并行仿真系统，其特征在于，该系统包括地面控制设备、飞行控制仿真计算机、数据通讯设备、发动机模型；所述飞行控制仿真计算机设置有角度信息解算模块和控制器指令生成模块；所述发动机模型的数量为多个，每个发动机模型均设置有1个发动机、2个伺服机构和2个伺服控制器，其中：
2.一种运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的运载火箭多通道并行仿真系统，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤1中的寻零指令、标定指令，具体如下：
4.根据权利要求2所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，步骤2中的生成发动机摆角控制信号，具体如下：
5.根据权利要求4所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
6.根据权利要求5所述的运载火箭多通道并行仿真方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：白宏阳，李子安，翁盼盼，刘成毅，靳科锐，曹宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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