洛克希德·马丁航天系统公司使用实时模拟器自动化火星侦察轨道器开发
“金宝appSimulink、Simscape Multibody和Simulink Coder使我们能够自主地将MRO车辆的精确CAD模型转换为实时运行的C代码。”
吉姆·查普尔，洛克希德·马丁航天系统公司
火星上的水是否存在了足够长的时间，以提供一个能够支持生命的环境?金宝app2006年，当火星勘测轨道飞行器(MRO)开始向科学家们发送高分辨率的图像和其他数据时，科学家们将离回答这个问题更近一步。这些图像和数据是由有史以来送往火星的最先进的仪器和相机收集的。
为了提供一个稳定的平台，以获得前所未有的清晰度图像，洛克希德·马丁空间系统公司使用MathWorks工具进行基于模型的设计，开发了一种制导、导航和控制(GN&C)系统，同时将高增益天线对准地球，用太阳能电池板跟踪太阳以收集能量，并将相机对准火星表面特征。
洛克希德·马丁空间系统公司的首席姿态控制工程师吉姆·查普尔博士说:“MRO的设计基于用MathWorks工具编写的模块库，这些工具是我们自20世纪90年代火星全球勘测者计划以来一直在发展的。”“我们可以自信地在项目中重用经过验证的模块，这在降低开发成本方面是一个很大的优势。”
挑战
MRO相机的表面分辨率只有25厘米，可以探测到火星表面篮球大小的物体。为了支金宝app持这种高分辨率成像，MRO的GN&C系统必须提供一个极其精确和稳定的摄像平台，同时不断重新定位其太阳能电池板和3米高增益天线。
为了验证控制设计，MRO团队需要对航天器进行精确的模拟。“为MRO动力学编写封闭形式的方程极其复杂，因为它是一个多体系统。我们需要将这些运动方程的开发自动化，以实现高效的模拟，”查普尔博士解释道。“我们希望使用可重复、可靠和自动化的过程，将在CAD软件中开发的航天器力学模型转换为精确的力学动力学模型。”
解决方案
洛克希德·马丁公司的工程师使用MathWorks工具设计和模拟MRO的GN&C系统，并自动开发了航天器的实时仿真模型，该模型源自CAD机械模型。
该团队使用MATLAB和Simulink为MRO的金宝appGN&C系统开发了算法和相关参数，该系统集成了来自传感器的输入，包括惯性测量单元、恒星跟踪器和太阳传感器，并驱动反作用轮和框架指向航天器及其附件。
在过去的几年里，该团队使用Simulink和Simscape Multibody™来组装航天器金宝app执行器、传感器、控制算法和飞行器动力学的模型库。他们使用这个库快速开发了MRO航天器的高保真模型，包括弯曲和燃料晃动模式。由于MRO航天器模型和控制器模型都在Simulink中，该团队有效地模拟了控制系统，并为各种任务阶段和操作场景确定了数千个控制参数金宝app。在Simulink中开发的控制参数直接加载到航天器参数数据库中。金宝app
洛克希德·马丁公司的工程师还使用Simulink、Simscape多体和金宝appSimulink Coder™开发轨道飞行器试验台(OTB)，用于MRO的实时、硬件在环(HIL)模拟。工程师在发射前使用OTB HIL测试来验证飞行软件，并在操作期间继续使用OTB来验证所有命令和序列。
该团队已经在MSC中自动化了生成机械模型的过程。ADAMS来自CAD模型。因为ADAMS中对机体、关节和坐标系的标准多体动力学描述与Simscape multibody的建模描述相匹配，洛克希德·马丁公司很容易就通过Simscape multibody将ADAMS模型转换到Simulink中。金宝app然后，他们使用Simulink金宝app Coder从他们的Simulink模型自动生成C代码，以实现OTB HIL测试中的高保真动态模型。
在7个月的火星之旅和整个任务中，洛克希德·马丁公司的工程师使用OTB来验证GN&C的性能。该团队还使用信号处理工具箱™来分析来自校准和MRO上进行的抖动测试的加速度计数据。
结果
航天器指向模拟在天．“使用MathWorks工具和我们的库模块，我们可以在不到一周或几天的时间内建立一个相当准确的航天器指向仿真模型。MRO的稳定性和指向能力都在我们使用初始模型做出的原始估计范围内。”“这些库加快了我们的开发进度，并为我们的最终结果提供了高度的信心。”
组织间沟通改善．查普尔说:“因为我们都在使用MathWorks工具，所以我们可以与我们的主要客户NASA的喷气推进实验室交换模型和分析工具。”
自动生成的高效代码．Chapel指出:“使用Simscape Multibody金宝app和Simulink Coder来自动化开发OTB HIL模拟的过程，使我们能够生成高保真的模拟，所需时间不到10毫秒OTB HIL模拟帧的1毫秒。”
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