[科普中國]-飛控艙

簡介

新型導彈的飛控艙不僅具有穩(wěn)定控制功能，還具有導航、制導和全彈邏輯時序控制等功能。新型導彈制導系統(tǒng)功能不再由導引頭獨立完成，而是由導引頭和飛控艙共同完成。飛控艙憑借自身的信息融合優(yōu)勢，承擔了大量的制導系統(tǒng)任務。主要有協(xié)助導引頭快速發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤目標，在導引頭丟失目標后，飛控艙將估算的目標信息通知導引頭，協(xié)助導引頭再次截獲目標。所以飛控艙在制導系統(tǒng)中有著重要的作用，如圖所示。

新型飛控艙一般由飛控計算機、信息接口電路、二次電源、慣性器件處理電路、三軸陀螺、三軸加速度計、以及飛控軟件等組成。飛控艙集制導、控制、導航、調度等諸多功能于一體，是新型導彈的核心組成部分，是整個導彈的控制中心。

飛控艙仿真器設計飛控艙仿真器可以有多種實現(xiàn)方法，一種方法是由工控計算機、各種接口板卡(模擬飛控艙對外接口)、以及仿真軟件等組成一個計算機系統(tǒng)，由仿真軟件運行各種仿真模型，并控制工控機中的接口卡來實現(xiàn)飛控艙的功能。另一種方法是設計一個嵌入式計算機系統(tǒng)，由嵌入式計算機控制外圍接口電路來模擬飛控艙的功能。這2種方法的設計思想基本一致，只是控制計算機不同而已。

以上2種方法硬件組成比較簡單、投資成本較低，開發(fā)比較靈活。但都存在一個缺點，就是仿真器軟件的設計難度較大。仿真器軟件不僅要具有對準導航、穩(wěn)定控制、制導控制等飛控艙的所有算法功能，而且必須能夠按照飛控艙的技術協(xié)議對外進行實時信息交換，其設計難度不言而喻。

由于限制飛控艙使用壽命、需要轉臺配合工作的主要因素是慣性器件，如果能夠設計一個慣性器件模擬器取代真實慣性器件，與飛控艙的其他部分一起組成飛控艙仿真器，同樣可以避免慣性器件引起的飛控艙使用限制問題。

具體是采用真實飛控艙的飛控計算機及飛控接口電路、運行真實飛控軟件、用慣性器件模擬器取代真實慣性器件與飛控接口電路相連，組成飛控仿真器。這樣既可以避免飛控算法軟件的開發(fā)困難，又可以避免飛控艙復雜的對外接口協(xié)議。只要設法讓慣性器件模擬器輸出的信號滿足試驗要求，飛控仿真器的各項功能就能與真實飛控艙一致，也就能使飛控仿真器滿足制導系統(tǒng)的試驗需要。這一方法飛控艙仿真器構成示意圖。

這種飛控艙仿真器的設計方法，一方面使飛控艙仿真器的設計和調試大大簡化，只需要研制慣性器件模擬器，并能夠控制慣性器件模擬器按照要求輸出模擬慣性信息即可。另一方面，由于采用真實飛控接口電路、運行真實飛控軟件，使得飛控仿真器的軟件算法、工作時序、電氣接口、通訊協(xié)議、甚至機械尺寸等均能夠與真實飛控艙一致，更加接近真實產品，可以大大提高試驗的可信度。

慣性器件模擬器設計成嵌入式計算機系統(tǒng)，由控制計算機、多功能接口卡、慣性信號輸出電路等組成。其中慣性信號輸出電路可以在控制計算機的控制下輸出角速度和加速度模擬信號，多功能接口卡用于慣性器件模擬器與飛控計算機或外部試驗計算機進行信息交互。將慣性器件模擬器與真實飛控艙接口電路進行電氣和結構連接就可以形成飛控艙仿真器。1

飛控艙動態(tài)測試系統(tǒng)簡介動態(tài)測試系統(tǒng)用于實現(xiàn)飛控艙的動態(tài)檢測。飛控艙由飛控計算機、控制電路、電源、傳感器和系統(tǒng)軟件組成，為了完成對飛控艙的檢測，需要建立完整的測試系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，硬件部分由控制計算機、與飛控艙工作插頭相連的接口電路、遙測數(shù)據處理計算機，以及與飛控艙遙測插頭相連的接口電路、連接電纜和測試軟件包等構成。

功能動態(tài)測試系統(tǒng)的功能有以下幾個方面：

a、檢測飛控艙功能的正確性，即在外部環(huán)境正常的情況下，檢測飛控艙的硬件和軟件運行的正確性。

b、在動態(tài)環(huán)境下，進一步研究和優(yōu)化飛控艙，并可進行制導控制系統(tǒng)結構和導引率的研究，以及控制參數(shù)的選擇、飛行試驗預估和結果分析等。

c、研究和積累飛控艙中的元器件、部件、組件、分系統(tǒng)和工作軟件的實效模式，從而改進和提高系統(tǒng)的可靠性。

系統(tǒng)組成為了實現(xiàn)飛控艙的動態(tài)檢測，需要建立飛控艙的完整的系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，包括測試時所用的實物，即飛控艙(包括飛控計算機、控制電路、電源和系統(tǒng)軟件)，飛控艙與控制計算機、遙測數(shù)據處理計算機之間的接口電路，以及在控制計算機中實現(xiàn)的其他艙段和部件的數(shù)學模型:舵機數(shù)學模型，彈體運動學、動力學數(shù)學模型、導引頭數(shù)學模型、載機數(shù)學模型、目標數(shù)學模型。

動態(tài)檢測設備由控制計算機、一個工業(yè)控制機箱、五種實時控制接口板(任務數(shù)據傳輸接口、指令接口、傳感數(shù)據轉換接口、實時A/D和電源控制板安裝在工業(yè)控制機箱內)、連接電纜和遙測數(shù)據接收設備組成。遙測數(shù)據接收設備由一臺微機、控制機箱和檢測接口板(遙測接口、A/D板、D/A板、信號調理電路)組成。

動態(tài)測試系統(tǒng)自檢軟件主要用于檢測控制計算機接口和遙測計算機接口工作的正確性，并能判斷故障的出處。

控制運算軟件包括系統(tǒng)數(shù)學模型部分的計算軟件和管理軟件兩部分，本系統(tǒng)的數(shù)學模型計算部分包括導引頭模型計算、舵機模型計算、導彈氣動力及力矩計算、導彈動力學方程計算和導彈、目標、載機三者各自的運動學及其相對運動學的計算。

管理軟件是一些有關接口設備和產品進行初始化及接口設備的驅動程序，包括在控制運算過程中與接口的數(shù)據交換、定時中斷控制等，并對整個動態(tài)測試過程進行監(jiān)控。

遙測數(shù)據處理程序包括數(shù)據存儲及事后處理。遙測結果一方面在微機監(jiān)視器上顯示，另一方面以文件的方式進行存儲，數(shù)據及結果可進行記錄并能夠以一定的格式打印。對檢測項目可以進行綜合測試，也可以根據需要，進行單項檢測。2