串口。
[0042]步驟六，初始化當(dāng)前姿態(tài)并輸入預(yù)期姿態(tài)，PID姿態(tài)控制算法程序開始讀取光纖陀螺數(shù)據(jù)確定當(dāng)前姿態(tài)(主要為當(dāng)前角度)，并根據(jù)衛(wèi)星目標(biāo)姿態(tài)計(jì)算反作用飛輪的控制量并將相應(yīng)的指令通過CAN總線發(fā)送，反作用飛輪收到指令后產(chǎn)生驅(qū)動力矩，從而使氣浮轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。經(jīng)過連續(xù)若干個控制周期(本實(shí)施例為250ms)后，使衛(wèi)星當(dāng)前姿態(tài)與預(yù)期姿態(tài)的差值達(dá)到精度要求值。
[0043]步驟七，與地面控制單元同在一臺PC中的仿真平單元，將無線串口上從嵌入式姿控單元獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)以一定格式進(jìn)行存儲并顯示。
[0044]本實(shí)施例中的姿態(tài)控制算法采用PID姿態(tài)控制算法，根據(jù)姿態(tài)控制精度、設(shè)備技術(shù)參數(shù)以及工程經(jīng)驗(yàn)確定PID控制器的三個參數(shù)值(比例參數(shù)KP，積分參數(shù)!^，微分參數(shù)KD)。姿態(tài)控制算法通過不斷比較當(dāng)前姿態(tài)與預(yù)期姿態(tài)，根據(jù)兩者的差值計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)速約束，并通過總線傳輸至飛輪，直至兩者的誤差符合精度要求。
[0045]本發(fā)明提供的仿真系統(tǒng)與純數(shù)學(xué)仿真相較，更能較真實(shí)有效地驗(yàn)證衛(wèi)星姿態(tài)控制方案和算法；與一般物理仿真相較，該方法成本更低、更易操作且更具通用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:包括氣浮轉(zhuǎn)臺、嵌入式姿控單元、即插即用部件、地面控制單元和仿真單元；所述氣浮轉(zhuǎn)臺上搭載有即插即用部件，所述即插即用部件為帶有智能接口單元的星載設(shè)備，星載設(shè)備包括光纖陀螺、反作用飛輪，光纖陀螺為仿真系統(tǒng)的傳感器部件，反作用飛輪仿真系統(tǒng)的執(zhí)行部件，所述智能接口單元分別與傳感器部件、執(zhí)行部件組合成即插即用節(jié)點(diǎn)后再通過CAN控制總線與嵌入式姿控單元相連，實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)、指令的收發(fā)； 所述嵌入式姿控單元通過智能接口單元間接訪問與控制星載設(shè)備，嵌入式姿控單元負(fù)責(zé)接收光纖陀螺輸出的測量數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星當(dāng)前姿態(tài)并與預(yù)期姿態(tài)相比較，利用PID姿態(tài)控制算法得到飛輪控制量，并發(fā)送控制指令給反作用飛輪，同時將實(shí)時姿態(tài)信息發(fā)送至地面控制單元； 所述地面控制單元和顯示設(shè)備為一臺PC機(jī)，地面控制單元通過無線數(shù)傳模塊與嵌入式姿控單元上的RS232接口建立物理連接，所述地面控制單元接收嵌入式姿控單元發(fā)送來的實(shí)時姿態(tài)信息并將這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲，同時于顯示設(shè)備上實(shí)時顯示衛(wèi)星姿態(tài)信息以及光纖陀螺輸出的測量數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖陀螺用于采集氣浮轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度以及角速度，輸出給嵌入式姿控單元，嵌入式姿控單元根據(jù)其輸出氣浮臺轉(zhuǎn)動角度與角速度信息進(jìn)行姿態(tài)確定與調(diào)整； 所述反作用飛輪用于接收嵌入式姿控單元輸出的控制指令，產(chǎn)生對應(yīng)的控制力矩驅(qū)動氣浮轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動以此模擬衛(wèi)星姿態(tài)控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式姿控單元包括處理器、外擴(kuò)存儲器、控制總線接口 CAN，JTAG調(diào)試接口，USB接口，RS232和RS422，所述外擴(kuò)存儲器、控制總線接口 CAN，JTAG調(diào)試接口，USB接口，RS232和RS422均與處理器連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述處理器選用ATMEL公司的嵌入式ARM芯片AT91RM9200，其上運(yùn)行版本為2.6.21的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述智能接口單元包括控制器，存儲器，控制總線接口，星載設(shè)備接口，電源和調(diào)試接口，所述控制總線接口、星載設(shè)備接口、調(diào)試接口以及存儲器均與控制器連接，所述電源為智能接口單元提供工作電壓，所述存儲器上存儲有設(shè)備自描述信息表和智能接口單元程序; 所述星載設(shè)備接口用于連接相應(yīng)的星載設(shè)備；所述控制總線接口用于連接CAN控制總線實(shí)現(xiàn)智能接口單元與嵌入式姿控單元的相連；所述控制器用于完成嵌入式姿控單元與星載設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換；所述調(diào)試接口用于智能接口單元程序的調(diào)試及燒錄。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器選用ATMEL公司ARM架構(gòu)的單片機(jī)SAM3X8C。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述設(shè)備自描述信息表為基于XML語言的xTEDS文件，xTEDS文件用于描述星載設(shè)備，定義星載設(shè)備的類型、屬性、能力，定義嵌入式姿控單元與智能接口單元間的通信接口。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述智能接口單元程序，用于對與其連接的星載設(shè)備的自檢；實(shí)現(xiàn)星載設(shè)備的在線注冊，將星載設(shè)備的設(shè)備信息xTEDS發(fā)送給嵌入式姿控單元；完成星載設(shè)備的初始化；從星載設(shè)備讀取檢測數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給嵌入式姿控單元；轉(zhuǎn)發(fā)嵌入式姿控單元發(fā)送給星載設(shè)備的控制指令。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:每個星載設(shè)備的智能接口單元均會分配一個獨(dú)立的ID，嵌入式控制單元也分配有一個獨(dú)立的ID，智能接口單元將屏蔽發(fā)送往其他智能接口的CAN報(bào)文，嵌入式控制單元接收CAN控制總線上所有報(bào)文。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，其特征在于:嵌入式姿控單元檢測到有新的星載設(shè)備上線后，將廣播自己的信息即總線ID，新上線的星載設(shè)備的智能接口單元接收到嵌入式姿控單元信息后，將向其發(fā)送注冊請求，得到嵌入式姿控單元注冊確認(rèn)后，再將新上線星載設(shè)備的設(shè)備信息xTEDS發(fā)送給嵌入式姿控單元，完成設(shè)備的注冊。 PID姿態(tài)控制算法程序運(yùn)行時，嵌入式姿控單元調(diào)用相應(yīng)星載設(shè)備其智能接口單元內(nèi)存儲的設(shè)備自描述信息表中定義的通信接口完成星載設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問與動作控制:智能接口單元將CAN控制總線上收到的來自嵌入式自控單元的命令或請求進(jìn)行解析與轉(zhuǎn)換，向星載設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的動作執(zhí)行指令或從星載設(shè)備處獲取實(shí)時數(shù)據(jù)，之后智能接口單元再將收到的來自星載設(shè)備的指令反饋與數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過CAN控制總線發(fā)送至嵌入式姿控單元，如此循環(huán)反復(fù)。
【專利摘要】一種基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)，包括氣浮轉(zhuǎn)臺、嵌入式姿控單元、即插即用部件、地面控制單元和顯示設(shè)備；即插即用部件為帶有智能接口單元的星載設(shè)備，嵌入式姿控單元接收傳感器部件輸出的測量數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星姿態(tài)同時發(fā)送控制指令輸出給執(zhí)行部件，同時將實(shí)時姿態(tài)信息發(fā)送至地面控制單元；地面控制單元接收嵌入式姿控單元發(fā)送來的實(shí)時姿態(tài)信息并進(jìn)行存儲，并于顯示設(shè)備上實(shí)時顯示衛(wèi)星姿態(tài)信息以及傳感器部件輸出的測量數(shù)據(jù)，以對仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行觀察和監(jiān)測。本發(fā)明具有較強(qiáng)通用性，減少了系統(tǒng)硬件層面的重復(fù)設(shè)計(jì)，只需在軟件上進(jìn)行一定修改即可用于新應(yīng)用，縮短了研發(fā)周期與成本。
【IPC分類】G05B17/02, B64G7/00
【公開號】CN105259794
【申請?zhí)枴緾N201510801565
【發(fā)明人】高玉東, 曾國強(qiáng), 涂開武, 羅濤, 吳國福, 項(xiàng)軍華, 連一君, 褚金錢, 韓大鵬, 稅海濤, 李志軍, 袁福
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月19日
【公告號】CN105259794B