海军研究生院的速度开发和测试航天器制导算法的快速控制原型试验床
挑战
开发和测试GNC航天器交会距离操作的算法
解决方案
使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink模型和模拟算法,并生成代码浮金宝app动飞船模拟器上进行测试和验证
结果
- 研究生产力提高
- 学生完成作业在实验室释放
- 几个研究工作小时
“金宝app仿真软件可以无缝地从桌面模拟过渡到测试硬件,让学生宝贵的实践经验与实际硬件。仿真、代码生成和数据分析和MATLAB仿真软件使我们能够大大加快我们的研究。”金宝app
马教授Romano,海军研究生学校
马教授Romano和NPS宇宙飞船机器人实验室研究团队与POSEIDYN试验台和浮动飞船模拟器。左至右:马塞洛·罗马诺教授(实验室主任/ PI),约瑟博士Virgili-Llop (NRC博士后研究员),少校Costantinos Zagaris(博士生),理查德Zappulla II(博士生),博士Hyeongjun公园(NRC博士后研究员)。图片由哈维尔Chagoya。
航天器交会距离操作变得越来越复杂,越来越多的需求更有能力和日益自治车载指导、导航和控制(GNC)算法。调试和测试这些算法在空间成本上不划算,但alternative-debugging和测试通过桌面模拟可能不占所有影响实际性能的因素。
为了解决这个挑战,飞船机器人实验室的研究人员(SRL)机械和航空航天工程部门内的海军研究生院(NPS)已经开发出一种试验台验证动态模型和GNC算法实时,快速控制原型测试。宇宙飞船的试验台叫做POSEIDYN-Proximity操作:实验开发和改进的半动态模拟器和它Romano博士和他的研究团队成员自2004年以来。试验台由多个浮动飞船模拟器(FSS),机器人汽车漂浮在空气垫在一个4×4米花岗石板。每个FSS配备机载处理器,传感器和致动器,使它移动三个自由度在几乎无摩擦测试床面。
研究人员和学生与MATLAB SRL使用基于模型的设计®和仿真软金宝app件®开发和模拟GNC算法之前验证试验台。然后他们使用自动代码生成来实现算法。
“我们创建的模拟环境与MATLAB仿真软件使我们的研究团队和我们的学生能够在任何桌面PC开发和调试算法,然后将金宝app模型C代码运行的车辆,“马塞洛·罗马诺博士说,机械和航空航天工程教授NPS和导演/π的飞船机器人实验室。“与仿真软件编码器我们可以从运行模拟指导算法测试硬件的分钟。”
挑战
主要目标发展中半实物(边境)试验台是使研究人员能够测试他们GNC算法一个捕获的环境影响难以效仿的一个软件模拟器。这些包括推进器驱动的高频效应和车辆之间的动态联系。金融监督院需要嵌入式控制系统在对象数据从机载光纤陀螺仪在一个时钟频率在执行指导算法在另一个。手工编写代码实时多重速率的软件对研究人员将是一个重大的挑战。
除了为研究人员提供一个实验平台,Romano博士想给NPS学生一个机会来完成实际项目使用的硬件。一些学生的经验编写实时代码,使它不可能通过手动完成有意义的项目在一个为期12周的季度。Romano博士希望学生模型控制算法通过仿真和调试他们自己的电脑上,然后金融监督院硬件测试验证算法在实验室里。
解决方案
NPS使用基于模型的设计建立一个开发和测试工作流GNC算法用于航天器交会距离操作。
在仿真软件工作,生存研金宝app究实验室的研究人员开发了一种金融监督院的植物模型,包括传感器、推进器和反应。
SRL团队创建了一个模型库,包含块个人fs组件金宝app以及这些组件控制块,包括一块迴路的推进器。
接下来,他们创建了一个模板模型在仿真软件,包括核电站基本导航和控制元素,和指导金宝app子系统。
研究人员使用该模板模型算法和模拟指导,指导子系统块替换为自己的仿真软件模型。金宝app在航空航天仿真速度块Blockset™使他们能够仿真速度缓慢,所以模拟FSS在大致相同的移动速度与真实世界相对应。
通过仿真验证其算法之后,研究人员从模型生成C代码模型使用仿真软件编码器™,针对FSS在英特尔金宝app®原子™处理器,实时Linux的版本®。
仿真测试过程中,研究人员收集车辆的数据位置,速度和燃料消耗。他们在MATLAB分析这些数据来评估和改进他们的算法和数据可视化用于发表论文。
NPS教授使用MATLAB仿真软件,POSEIDYN试金宝app验台教两门研究生课程。在宇宙飞船的态度,决心和控制,学生使用仿真软件模型和模拟两金宝app个姿态控制系统,使用推进器和其他使用轮反应。
在机械多体系统,学生完成最终项目,结合金融监督院四连杆机械臂。学生在课程开发和调试他们的设计在仿真软件对硬件测试生成代码。金宝app
因为NPS校园范围内的许可,学生可以在作业无论他们选择:在实验室里,在教室里,或者在自己的笔记本电脑在家里。
生存研究实验室的研究人员正在探索改进测试床,包括添加倾斜和向花岗岩表面模拟动力学所经历过的宇宙飞船在轨道上,实现了基于gpu的并行指导和导航算法,并创建一个开放硬件版本的FSS帮助其他大学发展类似的平台。
结果
- 研究生产率增加。“我们组5个以上的期刊论文发表和六个会议论文就在去年,“Romano博士说。“MATLAB和Simu金宝applink关键因素在我们更高的生产率,因为他们有缩短之间的时间开始一个项目,得到的结果。”
- 学生完成作业在实验室释放。“与我们的校园范围内的许可,学生在全校推广许可访问工具从他们到达的那一天,所以他们可以马上开始生产,“Romano博士说。“学生可以使用MATLAB和Simulink对他们的个人电金宝app脑,这意味着他们可以在计算机实验室的正常营业时间,即使没有网络连接。
- 几个研究工作小时。“工作在仿真软件中,我们金宝app能够实现一个新的算法,调试,调整仿真,运行在测试床,和得到结果,我们用于我们的杂志版面在大约6个小时,”Richard Zappulla II, NPS-SRL博士候选人。“手工编码算法C将是一个艰巨的任务需要数周的努力。”
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