ESA和空客使用基于模型的设计创建上层姿态控制开发框架

当有效载荷从发射装置上一级分离时，即使是一个小的故障也会引起意料之外的事件。例如，一个断裂的弹簧或一个点火失灵的烟火扣件，可以使有效载荷进入一个意外的旋转。在过去，一个独立的工程小组分析分离力学，并向控制工程师提供书面结果。

ESA和空客希望用物理模型模拟分离故障，以测试控制器检测故障和采取纠正措施的能力。他们还需要模拟推进剂晃动、管道泄漏、阀门卡住以及一系列其他故障。此外，他们希望运行优化，以确定出现故障时系统的最坏情况性能。

欧洲航天局和空中客车公司的工程师试图在开发过程中尽早在飞行计算机硬件上测试他们的控制算法。随着控制算法的复杂性的增长，它们推动了处理器性能和其他计算资源的极限。当控制器被设计的时候，工程师需要在一个有代表性的飞行计算机上验证算法的性能和资源利用，这是最容易纠正问题的时候。

ESA和空中客车工程师用MATLAB和Simulink使用基于模型的设计，以创建USACDF，这使得闭环仿真和具有物理模型的控制算金宝app法验证。

在Simulink工作金宝app，工程师能够弥补推进剂的不均匀分布引起的动态不平衡。它们将工厂模型耦合到计算流体动力学（CFD）求解器，以分析通过闭环模拟的推进剂晃动的影响。

使用Simu金宝applink Design Optimization™，它们通过识别质量，重心偏移和最大化系统指向误差的其他系统不确定性来查找分离过程的最坏情况场景。

在州流中开发了任务和车辆管理状态机^®为正常操作和故障模式建立顺序决策逻辑模型。

该团队向模型添加了注释，并使用Simulink Requirements™将模型的元素链接到金宝appMicrosoft中定义的系统需求^®词^®文档。稍后，团队使用Simulink Repor金宝appt Penerator™创建文档，该文档纳入了每个要求的评论，链接要求和模拟结果。

工程师使用Simscape Multibody™创建分离机制的3D力学模型，并使用Simscape Fluids™创建冷气体和肼推进器的管道和阀门模型。他们的Simscape模型包括管道泄漏、阀门卡住和其他分离故障。这使他们能够更彻底地运用他们的控制算法。

使用嵌入式编码器^®，他们从他们的控制器模型生成C代码，并使用Polyspace Bug Finder™检查代码的运行时错误。在用软件在环测试验证了这段代码后，团队使用它在dSPACE上进行实时测试^®在ESA LEON2处理器上进行硬件和稍后的处理器在环(PIL)测试。

由此产生的USACDF用于构建复杂轨道服务任务操作概念的示威者。

• 设计迭代从一周到一天减少。“通过基于模型的设计，我可以在一天的设计迭代中完成，这是我们以前的方法需要一周的迭代，”空中客车高级GNC专家汉斯斯特劳斯说。Bennani增加了，“我们需要比以前所做的更少的迭代，因为我们可以执行跨越多个域的模拟。”
• 失败模式建模和消除。Bennani说:“在Simulink中的闭环模拟使我们金宝app能够回答系统级别的问题，而以前我们无法以如此精确的方式回答这些问题。”“我们可以向系统工程师解释在复杂的操作过程中可能出现的问题，并在高水平上显示特定设计选择的影响。”
• 建立全面的设计框架。“基于模型的设计使我们能够创建一个设计飞行控制器的框架，用于使用艺术最新的控制设计算法，创建多域物理模型，通过优化调整设计，并在目标硬件上生成PIL测试的代码 - 全部相同的环境，“Strauch说。