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和空客的工程师使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink创建了USACDF，使闭环仿真和验证控制算法与物理模型。金宝app

在Simulink中，金宝app工程师能够补偿由于推进剂分布不均匀引起的动态不平衡。他们将工厂模型与计算流体动力学(CFD)求解器耦合，通过闭环仿真分析推进剂晃动的影响。

使用Simu金宝applink设计优化™，他们通过识别质量、重心偏移和其他系统不确定性的值来进行优化，以找到分离过程的最坏情况，这些值可以最大限度地提高系统的指向误差。

在statflow中开发了一个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。随后，该团队使用Simulink Repo金宝apprt Generator™创建文档，其中包含每个需求的注释、链接的需求和模拟结果。

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被用于为复杂的轨道服务任务操作概念建立示范。

• 设计迭代从一周减少到一天。“基于模型的设计，我可以在一天内完成设计迭代，而用我们以前的方法需要一周，”空中客车公司的高级GNC专家Hans Strauch说。Bennani补充道:“我们比以前需要更少的迭代，因为我们可以执行跨多个领域的模拟。”
• 故障模式建模并消除。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框架，设计飞行控制器与最先进的鲁棒控制设计算法，创建多域物理模型，通过优化调整设计，并生成代码，以在目标硬件上测试-所有在相同的环境，”Strauch说。