洛克希德·马丁空间系统采用的是实时仿真器来自动火星勘测轨道飞行器开发

挑战

开发的制导,导航和控制的火星侦察轨道器系统

使用MathWorks工具来加速控制设计和自动化准确,实时模拟航天器的发展

结果

  • 航天器指向仿真建模天
  • 组织间交流改进
  • 自动生成高效的代码

“万博1manbetxSimulink中,多体的Simscape,和Simulink编码器,使我们能够自主地从MRO车辆的准确CAD模型进入C代码运行的实时性。”

吉姆教堂,洛克希德·马丁空间系统
火星勘测轨道飞行器的艺术家再现(NASA提供图片)。

难道火星上的水持续足够长,以提供能够支持生命的环境?万博1manbetx在2006年,科学家们将接近在回答这个问题时,火星勘测轨道飞行器(MRO)开始向他们发送高清晰度图像,并通过最先进的仪器和摄像机不断送往火星收集其它数据。

为了提供了前所未有的清晰的图像取得一个稳定的平台,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制导,导航与控制(GN&C)系统同时对准高增益天线地球,轨道太阳与太阳能板收集的功率,并定向向摄像机火星表面特征。

“该MRO设计是基于与MathWorks工具,我们一直在自1990年代以来的火星全球探勘者号程序演变编写的模块库,”吉姆礼拜堂,博士,洛克希德·马丁空间系统公司领导的姿态控制工程师说。“我们可以自信地重用验证的项目模块,这是在降低开发成本方面具有很大的优势。”

挑战

与表面分辨率小25厘米,MRO照相机可以检测对象篮球大小火星的表面上。为了支万博1manbetx持这样的高分辨率成像,在MRO的GN&C系统必须同时不断重新定位它的太阳能电池板和三米,高增益天线提供了极其精确和稳定的摄像机平台。

为了验证控制设计,MRO团队需要开发航天器的精确仿真。“为MRO的动态写作的封闭形式的方程是非常复杂的,因为它是一个多体系统。我们需要自动化的高效模拟运动的这些方程的发展,”教堂博士解释说。“我们希望用一个可重复的,可靠的和自动化的过程中CAD软件开发的航天器的力学模型转化为一个精确的机械动力学模型。”

洛克希德·马丁公司的工程师们使用MathWorks工具来设计和模拟的MRO的GN&C系统和自动开发航天器,它源于一个CAD机械模型的实时仿真模型。

The team used MATLAB and Simulink to develop the algorithms and associated parameters for the MRO’s GN&C system, which incorporates input from sensors, including inertial measurement units, star trackers, and sun sensors, and drives reaction wheels and gimbals to point the spacecraft and its appendages.

在过去的几年里,球队已经使用Simulink和多体的Simscape™组装的模型库航天器执行器万博1manbetx,传感器,控制算法,以及车辆动态。他们使用这个库迅速发展的MRO飞船,包括Flex和燃料晃动模式的高保真模型。由于航天器MRO模型和控制器模型是在Simulink,球队有效地模拟控制系统,并确定数以千计的控制参数的各种任务阶段和操作场景。万博1manbetx在Simulink开发的控制参数直接装入飞船参数数据库。万博1manbetx

洛克希德·马丁公司的工程师还使用Simulink中,多体的Simscap万博1manbetxe,和Simulink编码器™发展轨道飞行器试验台(OTB)进行实时的MRO的,硬件在环(HIL)仿真。工程师使用OTB HIL测试,以验证飞行软件之前启动并继续使用OTB验证操作过程中的所有命令和序列。

该小组已自动从CAD模型中MSC.ADAMS产生机械模型的过程。因为身体,接头的标准多体动力学的描述中,与坐标系统在ADAMS的Simscape多体的建模描述匹配,洛克希德马丁容易翻译ADAMS模型到Simulink通过的Simscape多体。万博1manbetx然后,他们使用Simulink万博1manbetx的编码器自动生成从Simulink模型的C代码在OTB HIL测试,以实现高保真的动力学模型。

在为期7个月的火星之旅,并在整个任务,洛克希德·马丁公司的工程师使用OTB验证GN&C性能。该小组还利用信号处理工具箱™分析来自船上的MRO进行校准和测试,抖动的加速度计数据。

结果

  • 航天器指向仿真建模天。“使用MathWorks工具,我们的库模块,我们可以在不到一个星期或几天的建立航天器指向相当准确的仿真模型的稳定性和MRO的指向能力是原来的估计中使用我们的初始模型进行,“教堂说。“这些库加快我们的发展日程和为我们提供了一个高程度的最终结果充满信心。”

  • 组织间交流改进。“因为我们都是使用MathWorks工具,我们可以用我们的主要客户,美国航空航天局喷气推进实验室交换模型和分析工具,”报告礼拜堂。

  • 自动生成高效的代码。“使用的Simscape多体和Simulink编码器来自动显万博1manbetx影OTB HIL仿真过程使我们能够产生需要小于1毫秒的10毫秒OTB HIL仿真帧,的高保真仿真”笔记教堂。