ESA和Airbus使用基于模型的设计创建上层姿态控制开发框架

当有效载荷与发射装置上层分离时，即使是一个小故障也会导致无法预料的事件。例如，失灵的弹簧或失灵的烟火扣件会使有效载荷进入意外旋转。在过去，一个独立的工程小组分析了分离力学，并向控制工程师提供了书面结果。

欧空局和空中客车公司希望用物理模型模拟分离故障，以测试控制器发现故障并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，以确定发生故障时系统的最坏情况性能。

欧空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。随着控制算法复杂度的增长，它们推动了处理器性能和其他计算资源的极限。在设计控制器时，工程师们需要在一台有代表性的飞行计算机上验证算法性能和资源利用情况，这时纠正问题是最容易的。

欧空局和空中客车公司的工程师使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink创建了USACDF，它可以通过物理模型实现闭环仿真和万博1manbetx控制算法的验证。

在Simulink中，万博1manbetx工程师们能够补偿推进剂分布不均匀造成的动态不平衡。他们将工厂模型与计算流体动力学(CFD)求解器相结合，通过闭环模拟分析推进剂晃动的影响。

利用Simu万博1manbetxlink Design Optimization™，他们通过确定质量、重心偏移和其他系统不确定性的值来实现分离过程的最坏情况，从而使系统的指向误差最大化。

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。

团队向模型添加注释并使用要求工具箱™将模型的元素与Microsoft中定义的系统需求联系起来^®词^®文档。后来，团队使用Simulink Repor万博1manbetxt Generator™来创建包含注释、链接需求和每个需求的模拟结果的文档。

工程师们使用Simscape Multibody™创建了分离机制的3D力学模型，并使用Simscape fluid™创建了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、卡死阀门和其他分离故障。这使得他们能够更全面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。在使用软件在循环测试验证此代码后，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后期处理器在环测试。

由此产生的USACDF用于为复杂的轨道服务任务操作概念建立演示程序。

• 设计迭代周期从一周减少到一天。空客GNC高级专家汉斯•斯特劳赫(Hans Strauch)表示:“使用基于模型的设计，我可以在一天内完成设计迭代，而用以前的方法需要一周的时间。”Bennani补充说:“我们需要比以前更少的迭代，因为我们可以执行跨越多个领域的模拟。”
• 对失效模式进行建模并消除。Bennani说:“Simulink中的闭环模拟使我们能万博1manbetx够在系统层面上回答问题，而我们以前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复杂操作过程中可能出现的问题，并在高层次上展示特定设计选择的效果。”
• 建立了全面的设计框架。“基于模型的设计使我们能够创建一个框架，用于设计飞行控制器，使用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，并生成用于目标硬件上PIL测试的代码，所有这些都在相同的环境中，”Strauch说。