发展中阿波罗登月舱数字自动驾驶仪
“在登月舱数字自动驾驶仪的设计作为一个工程师是我职业生涯的亮点。当尼尔·阿姆斯特朗走下LM(登月舱)在月球表面上,每一个工程师了阿波罗计划感到一种自豪感和成就感。我们已成功地目标。我们就是前所未有的发展技术,通过努力工作和细致的对细节的关注,我们创建了一个系统,准确无误地运行。”-Richard J. Gran,阿波罗11号登月:航天器设计当时和现在
这个例子展示了如何理查德和其他工程师曾参与阿波罗登月舱数字自动驾驶仪设计团队可以使用仿真软件®和航空航天Blockset™1961年如果他们一直可用。金宝app
模型描述
开发自动驾驶仪在仿真软件的一小部分时间阿波罗登月舱的原始金宝app设计自动驾驶仪。
如果~ bdIsLoaded (“aero_dap3dof”)open_system (“aero_dap3dof”);结束
反应喷射控制子系统模型提出的数字自动驾驶仪设计(实现)由麻省理工学院实验室仪器(麻省理工学院IL),现在叫德雷珀实验室。一个Stateflow®图模型中指定的逻辑实现平面分析控制算法中描述技术文章阿波罗11号登月:航天器设计当时和现在。这取决于区域图的登月舱执行,要么Stateflow图Fire_region或者一个Coast_region。注意,这些不同区域之间的过渡依赖于某些参数。Stateflow图确定转换到另一个状态,然后计算反应喷射火。
平移和旋转动力学登月舱是近似的登月舱动力学子系统。访问各种可视化方法的登月舱状态和自动驾驶仪的性能可视化区域的模型,包括模型范围、动画与仿真软件3 d动画,和相平金宝app面的阴谋。
交互控制
与登月舱交互模型,不同自动设置和登月舱的初始状态命令区域。例如,观察数字自动驾驶仪设计如何处理增加初始利率,使用滑块组件配置LM的态度。
任务描述
LM数字自动驾驶仪有三个自由度。这意味着通过设计,配置反应喷射推进器,吩咐旋转而不影响车辆的轨道轨迹。因此,他的模型的转化动力学近似通过轨道传播从航空Blockset使用航天器动力学块。块被配置为使用月亮球面谐波重力模型lp - 100 k。
演示数字自动驾驶仪设计行为,“下降轨道插入”任务,启动前的动力下降,被选中的阿波罗11号任务报告。
(图片来源:美国国家航空航天局)
“下降轨道插入”燃烧开始101小时,36分钟,14秒后发射,持续30秒。燃烧设置登月舱的轨迹来降低它的轨道大约60海里50000英尺大约一个小时。在50000英尺,模块启动动力下降。
初始化模型aero_dap3dof的近似轨迹登月舱下降轨道插入后燃烧。
的使命。t_rangeZero = datetime(16 1969年,7日,13日,32岁,0);%发射的使命。t_descentInsertionStart =任务。t_rangeZero +小时(101)+分钟(36)+秒(14);的使命。t_descentInsertion =任务。t_descentInsertionStart + seconds(30); mission.t_poweredDescentStart = mission.t_rangeZero + hours(102) + minutes(33) + seconds(5.2); disp(timetable([mission.t_rangeZero, mission.t_descentInsertionStart,…的使命。t_descentInsertion mission.t_poweredDescentStart]”,…{“范围0(发射)”,“下降轨道插入(发动机点火)”,…的下降轨道插入(引擎截止),“动力下降(发动机点火)”}’,VariableNames =“任务阶段”));
时间任务阶段____________________ _____________________________________________ 16 - 7 - 1969 13:32:00{范围0(发射)的}20 - 1969年7月——19:08:14{的下降轨道插入(发动机点火)}20 - 1969年7月——19:08:44{的下降轨道插入(引擎截止)}20 - 1969年7月——20:05:05{的动力下降(发动机点火)}
模块的轨迹在“下降轨道插入(引擎截止)”和“动力下降起始(发动机点火)”提供的阿波罗11号任务报告(表7-II。——轨迹参数)。
的使命。Latitude_deg = [-1.16, 1.02] ';%(度)的使命。Longitude_deg = [-141.88, 39.39] ';%(度)的使命。Altitude_mi = [57.8, 6.4] ';%(海里)的使命。Altitude_ft = convlength (mission.Altitude_mi,“naut mi”,“金融时报”);的使命。Velocity_fps = [5284.9, 5564.9] ';%(英尺/秒)(在惯性坐标系)的使命。FlightPathAngle_deg = [-0.06, 0.03] ';%[度]从当地水平面(向上)的使命。HeadingAngle_deg = (-75.19 - -101.23) ';%[度](东北)disp(表({“范围0(发射)”;“下降轨道插入(发动机点火)”},…的使命。Latitude_deg,使命。Longitude_deg mission.Altitude_mi,…的使命。Velocity_fps,使命。FlightPathAngle_deg mission.HeadingAngle_deg,…VariableNames = [“任务阶段”,…“纬度(度)”,“经度(度)”,“高度(mi)”,…“速度(米/秒)”,“飞行路线角(度),“标题(度)”)));
任务阶段经度(度)纬度(度)高度(英尺/秒)(mi)速度飞行路线角(度)标题售予_________________(度)_____________________________________________ * * *售予_______________________ _________________{范围0(发射)的}-1.16 -141.88 57.8 5284.9 -0.06 -75.19{的下降轨道插入(发动机点火)}1.02 39.39 6.4 5564.9 0.03 -101.23
模型初始化
初始化模型参数的任务阶段”下降轨道插入(引擎截止)”使用上面定义的数据。
初始化函数aero_dap3dofdata需要关于月亮的方向信息,这可以使用航空Blockset函数计算moonLibration。这个函数需要航空工具箱的“星历数据”。使用aeroDataPackage安装这个数据如果尚未安装。
的使命。LibrationAngles_deg = moonLibration (juliandate (mission.t_descentInsertion),“405”);
下面的例子使用了天平动角数据对应t_descentInsertion。使用上面的命令后,安装所需的星历数据。
的使命。LibrationAngles_deg = (0.006379917345247;0.382328074214300;6.535718297208969);
运行初始化功能:
(月球、ic、车辆、rcs) = aero_dap3dofdata (…mission.Longitude_deg mission.Latitude_deg (1) (1), mission.Altitude_ft (1),…mission.FlightPathAngle_deg mission.Velocity_fps (1) (1),…mission.LibrationAngles_deg mission.HeadingAngle_deg (1))
月亮=结构体字段:r_moon_eq: 5702428 f_moon: 0.0012
ic =结构体字段:t_runtime: 120 pos_inertial: [-3.6488 e + 06年-4.4381 -1.9070 e + e + 06 06] vel_inertial: [4.0625 86.4867 -3.3792 e + e + 03 03] euler_0: (-30 -10 -60)
车辆=结构体字段:inertia_0: [3 x3双]mass_0: 33296
rcs =结构体字段:力:100 L_arm: 5.5000 DB: 0.0060 tmin: 0.0140 alph1: 0.0550 alph2: 0.0039 alph3: 0.0050 alphu: 0.0063 alphv: 7.8553 e-04 alphs1: 0.0055 alphsu: 6.2855 e-04 alphsv: 7.8553 e-05 clockt: 0.0050解决:0.1000
闭幕词
1961年建立一个数字自动驾驶仪是一项艰巨的任务,因为很少有工业基础设施——一切都在被发明的过程。这是一段节选技术文章阿波罗11号登月:航天器设计当时和现在:
”(自动驾驶仪的机器代码)的一个原因是如此复杂,飞机的数量,可以用来控制试验轴的旋转。决定改变轴的自动驾驶仪控制中所示的“喷射轴”aero_dap3dof。这种变化极大地降低了代码的行数,使它更容易现有计算机程序的自动驾驶仪。没有进步,就不可能有自动驾驶仪只使用2000字的存储。这种变化的教训是,当工程师有机会代码的计算机系统设计,他们常常可以极大地提高代码的修改设计。”
引用
[1]国家航空和宇宙航行局载人飞船中心任务评估团队。(1969年11月)。阿波罗11号任务报告msc - 00171。从检索https://www.nasa.gov/specials/apollo50th/pdf/A11_MissionReport.pdf
[2]理查德•j•格兰MathWorks。(2019)。阿波罗11号登月:航天器设计当时和现在。从检索//www.tatmou.com/company/newsletters/articles/the-apollo-11-moon-landing-spacecraft-design-then-and-now.html
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