NASA的X-43A超燃冲压发动机采用基于模型的设计，实现了马赫10的破纪录速度

NASA任务是开发X-43A及其子系统的控制，包括飞行控制，推进，执行器和传感器。这些控制将使无人驾驶车辆在半度攻角内保持稳定，并确保在两部分分离时，在助推器前部的研究车辆和适配器之间的足够清除。工程师需要在广泛的环境条件下完成该项目和未知的飞行制度。

由于这一独特的项目涉及多个团队和高度复杂的设计，美国宇航局需要一个共同的建模环境和基于可靠型号的经过验证的设计过程。

由于系统要求和模型将随着程序的成熟而改变的很可能性，他们还寻求自动化开发并尽量减少手动编码和调试。

最后，美国宇航局需要有效地分析多维遥测数据的千兆字节的工具。

NASA的制导、导航和控制团队与波音公司和美国航空航天协会合作，为X-43A超燃冲压发动机开发推进和飞行控制规则，并将它们集成到机载系统中。所有团队通过使用MathWorks工具应用基于模型的设计来协作项目。

“没有任何软件包，可以匹配MathWorks工具的功能，”AMA建模和仿真副总裁Dave Bose说。“从团队的角度来看，选择MathWorks工具真的是一个轻松的决定。”

设计，模拟和验证车载控制系统

NASA和AMA使用Simulink金宝app^®设计控制法收益，确保可接受的稳定性利润。金宝appSimulink还帮助他们通过模拟阶段快速移动，该阶段包括在主机上运行Monte Carlo模拟，并在实时计算机上使用预选硬件循环（HIL）测试进行验证设计。

工程师在Simulink和使用的控制系统工具箱™中实现了飞行控制系统的线性模型，以设计循环收益和分析稳定边距。金宝app

在Simulink中工金宝app作，AMA开发了整个车辆和子系统的复杂非线性模型，包括六维自由度（6 DOF）植物环境，控制系统，具有复杂过滤器，高保真执行器模型和详细的传感器表示。他们使用MATLAB和SIMULINK将这金宝app些模型与实际的航班数据进行调和。

“在Simulink中构建算法比在Fortran金宝app中容易得多，因为你构建的是子系统而不是子程序，而且这些更容易组织，”波音公司(Boeing)的系统分析师路易斯·米兰达(Luis Miranda)说。“而且，我想不出比Simulink模型更有效的交付软件需求的方法了。”金宝app

AMA和NASA的工程师使用MATLAB和Simulink对分离事件进行建模和仿真，以确金宝app保助推器的适配器与研究飞行器没有接触。他们从分离活塞的地面测试中获取传感器数据，使用MATLAB测量和分析测试数据，并使用最优化工具箱™将参数与数据匹配。然后，他们使用这些数据在Simulink中开发了一个精确的模型，作为验证仿真和飞行前测试结果的真实模型。金宝app

生成和集成C代码到飞行管理单元(FMU)

NASA和波音公司使用Simulink C金宝appoder™为X-43A的推进和飞行控制系统自动生成C代码。他们使用该代码运行6自由度模拟，进行非实时执行器测试和HIL测试。自动生成的代码也运行在X-43A上的霍尼韦尔H-764 FMU内。

工程师使用Simulink编码金宝app器来生成标题，注册，参数和主算法C文件。由于参数易于访问，因此他们在测试期间和飞行日期进行了飞行控制和推进系统。

波音自动化两个主要的测试阶段，使用Simulink和Simulink编码器：组件测试和HIL测金宝app试。他们验证了软件要求并执行了结构覆盖分析，避免了自动生成的代码检查，同时实现透明验证和验证过程。

“要制作系统修改，我们更新了Simulink图，自动生成了代码，安装了生成的代码，然后点击了金宝appBuild按钮，”波音幻影的软件工程师Maul Seigman说。“我们经历了生产率的显着增加，避免了手工编码的陷阱。”

对于组件测试，波音公司使用Simulink在将组件集成到嵌入式代码中之金宝app前以主机处理器上的刺激模型运行测试。使用Simu金宝applink编码器，然后，它们自动生成C代码并检查模拟结果和生成的代码之间的潜在差异。

对于HIL测试，他们测试了整个软件应用程序的功能，包括在FMU上自动生成的代码。波音公司使用惯性模拟器作为飞行台，将速度数据输入FMU，指令FMU以不同的速度“飞行”。在HIL测试期间，工程师监控了从助推到分离到溅落的整个飞行轨迹，从FMU总线控制器上收集遥测数据，并用MATLAB进行后处理。

波音公司还使用Simulink C金宝appoder为NASA提供构建更新，以满足飞行器集成和测试的各种里程碑。

Seigman说:“如果没有自动生成的代码，我们就无法高效地为NASA提供临时构建，因为控制规则经常发生变化。”“我们从未在自动生成的代码中发现任何错误，所以我们有信心为NASA创建一个快速原型。”

分析和后处理后的数据

为了准确估计发射后飞行器的轨迹，NASA使用MATLAB建立卡尔曼滤波器，以去除来自遥测源的噪声，如原始惯性测量、大气条件和GPS天线的信息。

为了分析分离事件，NASA使用MATLAB自动处理了大型八维空气动力学数据表，这些数据表模拟了适配器和研究飞行器之间的干扰效应。他们用MATLAB绘图和图表将数据可视化。

“数据的规模和复杂性构成了一个严峻的挑战，”NASA的系统分析师约翰·马丁(John Martin)说。“没有MATLAB，我不可能解决这个问题。”

NASA现在正在使用MathWorks工具来通过研究延长燃烧时间的方法来推进超高音测技术，并为未来可能的未来任务实现更高的Mach速度。