用户故事

MATLAB和Simu万博1manbetxlink帮助着陆无人驾驶的波音飞船

挑战

设计一个引导、导航和控制系统,使无动力、无人驾驶、可重复使用的航天器在标准跑道上着陆

解决方案

使用MathWorks中的工具为GN&C系统设计、测试和自动生成代码

结果

  • 在预算内快速开发
  • 一次成功的试飞
  • 继续发展的合同

“我对这次飞行测试的结果非常满意。这是开发阶段的重要一步。”

约翰·富勒,波音公司

在新墨西哥州的霍洛曼空军基地,波音公司和美国空军成功地进行了X-40A空间机动飞行器(SMV)的首次试飞。“我们想验证低速操纵性能,并展示自主进近和着陆能力,”波音幻影工厂SMV项目经理约翰·富勒(John Fuller)说。“我们今天就做到了。”

X-40A是一种90%规模的可重复使用的实验航天器,是新一代高机动性航天器的原型,将执行卫星部署、监视、后勤和空间站支持等任务。万博1manbetx

X-40A成功的关键是使用MathWorks的工具设计和建模的制导、导航和控制(GN&C)系统。

挑战

波音公司的一小群工程师负责设计GN&C系统,该系统允许X-40A在没有动力或飞行员的情况下降落并在标准跑道上完全停止。该项目必须在严格的时间、资金和资源限制内完成。软件需要在可操作的SMV中可重用。

X-40A机身长22英尺,翼展12英尺,重量约2600磅。它由机翼上的控制面(执行滚转和刹车功能)和尾翼上的控制面(控制俯仰和偏航)引导。没有推进系统,车辆必须被提升到它的机动位置。

该团队需要为X-40A开发、建模和模拟飞行控制律,然后在真实的跌落试验中对其进行测试。飞行控制律需要足够灵活,以适应在开发周期内对飞行器设计所做的任何更改。横向和方向控制律必须为横滚和偏航ra提供反馈允许倾斜转弯指令用于跑道中心线转向的tes。纵向控制律必须为俯仰率提供反馈,使指令能够用于飞行轨迹跟踪。

该项目还涉及航空电子设备、传感器、执行器和控制器的原型软件,并验证软件开发指标和过程。

解决方案

波音团队选择了MATLAB®,S万博1manbetximulink®,S万博1manbetximulink编码器,控制系统工具箱、鲁棒控制工具箱,统计及机器学习工具箱, Simu万博1manbetxlink设计优化.他们知道这些产品将简化软件实现,缩短从设计s manbetx 845到软件到验证的周期,并使他们能够在车辆设计成熟时进行后期更改。

工程师们使用Simulink和MATL万博1manbetxAB工具箱来创建、框图和模拟测试飞行控制律。Simulink编码器用于为GN&C系统自动生成C代码。然后,他们修改了航天飞机自动着陆算法的独立Fortran模拟,以适应X-40A配置。最后,他们对C和Fortran代码进行了相互验证,直到结果完全匹配。

在模型分析阶段,团队使用MATLAB和蒙特卡罗模拟技术测试GN&C代码。他们还使用MATLAB、统计和机器学习工具箱开发了一个工具来处理和分析蒙特卡罗数据。

X-40A的测试分三个阶段:地面测试,检查子系统,验证和完善模型;俘虏飞行试验,检查动态传感器,验证牵引稳定性,收集压力数据;和然后测试。在前两次测试中,工程师们对Simulink模型进行了万博1manbetx改进。然后利用MATLAB和工具箱对测试数据进行分析,为自由飞行测试做准备。

GN&C的初始实现花了六周时间,Simulink建模用了两周时间,单元测试用了四周时间。每次后续更新,包括验证和分析,都需要一周的时间。万博1manbetx

结果

  • 在预算内快速开发.GN&C系统按期完成,符合波音公司的低成本和快速发展的要求。

  • 一次成功的试飞. 美国陆军UH-60黑鹰直升机将X-40A带到9000英尺的高度,开始GN&C系统的自由飞行测试。释放后,飞行控制系统接管并平稳、准确地将飞行器引导至跑道着陆。

  • 继续发展的合同GN&C软件的成功帮助波音公司赢得了一份合同,开发一种无人驾驶、自主操作的太空飞机,该飞机能够达到25马赫的速度,同时演示类似飞机的操作。