ACE系列產(chǎn)品所用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h1>

ACEToolBox工具包說明

        ACEToolBox工具包是飛行控制技術(shù)與工程課程實(shí)驗(yàn)裝置升級的專用Simulink模塊庫，供用戶自主建模使用，包括硬件接口庫和設(shè)計(jì)模塊庫兩部分。ACEToolBox工具包在Simulink Library Browser中，ACEToolBox工具包如下圖所示。

 硬件接口庫（ACE Hardware Interface）

硬件接口庫主要包括飛行控制技術(shù)與工程課程實(shí)驗(yàn)裝置升級的硬件訪問模塊，分為GNC硬件接口庫和系統(tǒng)級硬件接口庫，具體模塊及其功能如下表所示。

硬件接口庫（Ace Hardware Interface）

序號	模塊	模塊名稱及功能	備注
1	ACESystem Interface	系統(tǒng)級硬件接口庫
1.1	Initialization	系統(tǒng)硬件初始化模塊
1.3	TurntableOV	轉(zhuǎn)臺控制接口模塊，中外內(nèi)框分別對應(yīng)Phi、Psi、Gam?？商峁┒喾N轉(zhuǎn)臺運(yùn)動模式的控制，1-位置運(yùn)動，2-速度運(yùn)動，4-回零運(yùn)動，8-停止運(yùn)動。
1.4	TurntableCV	轉(zhuǎn)臺控制接口模塊簡約版，輸入為轉(zhuǎn)臺三框位置指令。
1.5	Cooperate	協(xié)同制導(dǎo)數(shù)據(jù)傳輸模塊，可實(shí)現(xiàn)仿真測試平臺數(shù)據(jù)互聯(lián)。
1.7	Visual	三維視景仿真數(shù)據(jù)傳輸模塊，可將模型中輸出的數(shù)A彈的據(jù)傳輸至三維顯示平臺，進(jìn)行實(shí)時仿真。
2	ACE GNC Interface	GNC硬件接口庫
2.1	Accelerometer	加速度計(jì)接口模塊，從加計(jì)中讀取加速度Axyz
2.2	Gyroscope	陀螺儀接口模塊，從陀螺中讀取角速度Wxyz
2.3	IMU	慣組接口模塊，從慣組中讀取加速度Axyz和角速度Wxyz
2.4	ServoCmd	舵控指令接口模塊，向舵系統(tǒng)發(fā)送舵控指令Delta1C、Delta2C、Delta3C、Delta4C
2.5	ServoAngle	舵偏采集接口模塊，從舵系統(tǒng)中采集舵反饋角Delta1、Delta2、Delta3、Delta4
2.6	I/OCmd	I/O控制接口模塊，向I/O中發(fā)送邏輯控制指令
2.7	I/OState	I/O狀態(tài)監(jiān)測模塊，從I/O中接收高低電平狀態(tài)

  公共模塊庫（ACE Commonly Model）

公共模塊庫主要包括飛行控制技術(shù)與工程課程實(shí)驗(yàn)裝置的飛行器運(yùn)動仿真設(shè)計(jì)的“軟”模塊，包括ACE飛行器模型庫、ACE設(shè)備模型庫、GNC算法與工具庫、公共模塊庫和環(huán)境模型庫，是針對ACE案例而設(shè)計(jì)的，具體模塊及其功能如下表所示。

 公共模塊庫（ACE Commonly Model）

序號	模塊	模塊名稱及功能	備注
1	ACE Aerocraft Model	ACE飛行器模型庫
1.1	ACE   Aerodynamic for 3DOF	3DOF氣動力模塊，基于瞬態(tài)平衡的氣動力模型
1.2	ACE Aerodynamic for 6DOF	6DOF氣動模塊，包括氣動力和氣動力矩模型
1.3	ACE Centroid Motion	質(zhì)心運(yùn)動模塊，包括動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程
1.4	ACE Rotation Motion	繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動模塊，包括動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程
1.5	ACE Mass Properties	質(zhì)量模塊
1.6	ACE Propulsion	推力模塊
1.7	ACE Equation of 3DOF’s Motion1	三自由度運(yùn)動模塊(以姿態(tài)角為輸入)
1.8	ACE Equation of 3DOF’s Motion2	三自由度運(yùn)動模塊(以攻角、側(cè)滑角和傾側(cè)角為輸入)
1.9	ACE Equation of 6DOF’s Motion	六自由度運(yùn)動模塊
2	ACE Device Model	ACE設(shè)備模型庫
2.1	Second Order Linear Servo	二階線性舵機(jī)模型
2.2	Second Order Nonlinear Servo	二階非線性舵機(jī)模型
2.3	Three-axis Accelerometer Error Model	三軸加速度計(jì)誤差模型
2.4	Three-axis Gyroscope Error Model	三軸陀螺儀誤差模型
3	ACE GNC Algorithm & Tool	GNC算法與工具庫
3.1	ACE Flight Program Angle	程序角模型，ACE縱向通道飛行程序角算法案例
3.2	ACE Simplified Guidance Algorithm	制導(dǎo)律簡化模型，ACE縱向通道制導(dǎo)簡化算法案例
3.3	ACE Guidance Algorithm	制導(dǎo)律模型，ACE縱向通道制導(dǎo)算法案例
3.4	ACE Control Algorithm	控制律模型，ACE縱向通道控制算法案例
3.5	ACE Guidance and Control Algorithm	制導(dǎo)控制律綜合模型，ACE縱向通道制導(dǎo)控制綜合算法案例
3.6	ACE Navigation Algorithm	導(dǎo)航解算算法，基于四元數(shù)的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航解算算法
3.7	ACE Missile Linear Model	導(dǎo)彈運(yùn)動線性化模型，ACE案例飛行器線性化傳遞函數(shù)
3.8	ACE Delta1234 toDeltaXYZ	4個實(shí)際舵偏角轉(zhuǎn)化為3個等效舵偏角
3.9	ACE DeltaXYZC to Delta1234C	3個等效舵控制指令轉(zhuǎn)化為4個實(shí)際舵偏角指令
4	Environment Model	環(huán)境模型庫
4.1	COESA Atmosphere Model	COESA大氣模型
4.2	Simplified Atmosphere   Density Model	大氣密度簡化模型
4.3	Simplified Gravity Model	重力簡化模型
4.4	Horizontal Wind Model	水平風(fēng)模型
5	ACE Commonly Model	公用模塊庫
5.1	ACEScope	數(shù)據(jù)信息源監(jiān)測模塊，監(jiān)測多維信號時上位機(jī)軟件將命名為ACEScope.1、ACEScope.2、ACEScope.3、……以此類推。	系統(tǒng)專用
5.2	Parameters Setup	完成在目標(biāo)系統(tǒng)的初始化裝訂、參數(shù)實(shí)時調(diào)整和用戶監(jiān)測運(yùn)行過程中的人機(jī)交互界面。參數(shù)命名不能夠?yàn)閿?shù)字。	系統(tǒng)專用
5.3	Counter Free-Running	自動運(yùn)行定時器
5.4	Pulse Generator	脈沖信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生設(shè)定屬性的脈沖信號。
5.5	Random Number	隨機(jī)數(shù)模塊是一個信號源模塊，可以產(chǎn)生正太分布的隨機(jī)信號，默認(rèn)情況下隨機(jī)信號的均差為0，方差為1.
5.6	Repeating Sequence	周期信號模塊，可以方便地產(chǎn)商周期波形，僅有一個輸出端口，并肩仿真所產(chǎn)生的波形的性質(zhì)顯示在模塊圖標(biāo)上。如：三角波。
5.7	Repeating Sequence Interpolated	內(nèi)插周期信號
5.8	Signal Generator	信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生設(shè)定的信號。
5.9	Sine Wave	正弦信號發(fā)生模塊，有1個輸出端口，模塊框圖上顯示軸能夠反映模塊的連續(xù)性和離散性的正弦波圖案。
5.10	Step	Step模塊只有1個輸出端口，可輸出階躍信號的模塊，階躍信號的階躍時間的值則有參數(shù)對話框中的參數(shù)決定。
5.11	Switch	選擇開關(guān)模塊，可根據(jù)判斷條件選擇多個輸入端口中的某個進(jìn)行輸出。
5.12	Uniform Random Number	均勻隨機(jī)信號模塊，用于產(chǎn)生均一的服從高斯分布的隨機(jī)信號。

 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼f明

系統(tǒng)出廠配置的典型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头譃橄到y(tǒng)內(nèi)置模型和自主建模參考模型。

1   內(nèi)置模型

內(nèi)置模型用于開展典型組件級實(shí)驗(yàn)，包括：

（1）加速度計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>AccelerometerTest.slx，實(shí)現(xiàn)對加速度信息的在線監(jiān)測。

（2）陀螺儀實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>GyroscopeTest.slx，實(shí)現(xiàn)對角速度信息的在線監(jiān)測。

（3）舵機(jī)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>ServoStepCmdTest.slx，實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)階躍控制指令和舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的在線監(jiān)控。

（4）舵機(jī)頻域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>ServoFreqCmdTest.slx，實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)正弦控制指令和舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的在線監(jiān)控。

2       自主建模參考模型

自主建模參考模型，顧名思義，用于用戶參考建模，包括：

（1）模擬飛行實(shí)驗(yàn)案例模型SimuFlyTest.slx，實(shí)現(xiàn)對I/O端口的邏輯控制與狀態(tài)監(jiān)測。其默認(rèn)邏輯為：1-8s內(nèi)逐秒點(diǎn)亮1個LED，9-16s內(nèi)逐秒點(diǎn)滅1個LED。

（2）彈載控制器接口實(shí)驗(yàn)案例模型ControllerInterfaceTest.slx，實(shí)現(xiàn)對加速度計(jì)、陀螺儀、舵機(jī)、I/O端口的邏輯控制與狀態(tài)監(jiān)測。其默認(rèn)邏輯為：

（1）        系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)案例模型，包括數(shù)學(xué)仿真模型和半實(shí)物仿真模型，實(shí)現(xiàn)對GNC系統(tǒng)的仿真評估，其案例飛行任務(wù)剖面如下圖所示，詳見《無人飛行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》。

其中，數(shù)學(xué)仿真模型主要由ACEToolBox的設(shè)計(jì)模型庫搭建而成，用于在MATLAB平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真評估，包括：

l  標(biāo)準(zhǔn)彈道設(shè)計(jì)與仿真評估模型StandardTraj.slx

l  制導(dǎo)律3DOF仿真評估模型GuidanceSimplified.slx

l  制導(dǎo)律6DOF仿真評估模型Guidance.slx

l  制導(dǎo)控制律綜合仿真評估模型GuidanceControl.slx

  半實(shí)物仿真模型在數(shù)學(xué)仿真的基礎(chǔ)上，增加GNC硬件在回路的各種模式的仿真，用于在ACE軟硬件平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真評估，包括：

l  控制器在回路的仿真模型ControllerInLoopSimulation.slx

l  控制器+舵機(jī)在回路的仿真模型ControllerAndServoInLoopSimulation.slx

l  控制器+陀螺在回路的仿真模型ControllerAndGyroInLoopSimulation.slx

l  控制器+舵機(jī)+陀螺在回路的仿真模型ControllerAndServoAndGyroInLoop Simulation.slx

l  此外，半實(shí)物仿真模型還根據(jù)是否開環(huán)驅(qū)動舵機(jī)和轉(zhuǎn)臺，衍生了以下模型：

l 控制器在回路、開環(huán)驅(qū)動舵機(jī)的仿真模型ControllerInLoopWithServo Simulation.slx

l 控制器在回路、開環(huán)驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的仿真模型ControllerInLoopWithGyro Simulation.slx

l  控制器在回路、開環(huán)驅(qū)動舵機(jī)及轉(zhuǎn)臺的仿真模型ControllerInLoopWithServo GyroSimulation.slx

l  控制器+舵機(jī)在回路、開環(huán)驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的仿真ControllerAndServoInLoopWithGyro Simulation.slx

l  控制器+陀螺在回路、開環(huán)驅(qū)動舵機(jī)的仿真模型ControllerAndGyroInLoopWith ServoSimulation.slx

自主建模說明

請使用ACEToolBox工具包模塊庫的模塊進(jìn)行自主建模，可參見系統(tǒng)配套的案例模型。其中，硬件在回路的仿真需要注意以下內(nèi)容：

（1）   設(shè)置定步長仿真，仿真周期在10ms（含）以上；若為連續(xù)型模型，解算算法取ode4（Runge-Kutta）法，若為離散型模型，解算算法取discrete（no-continuous-states）法；

（2）    用戶自編Simulink模型必須可單機(jī)調(diào)試運(yùn)行成功，才能下載用于實(shí)驗(yàn)；可查看模型的編譯狀態(tài)，按下“Ctrl+D”，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠翊嬖趩栴}，如果未報錯則模型正常，再進(jìn)行下一步操作。

（3）     出現(xiàn)類似以下警告不影響模型的正常運(yùn)行：

Warning: Matching "Goto" for "From" '……/Initialization/LEDCommand' not found

Warning: Matching "Goto" for "From" '……/Initialization/ServoCommand' not found

（4）   有硬件接口模塊的Simulink模型中，必須有且只能有一個初始化模塊“Initialization”；在同一個Simulink模型中，以下硬件接口模塊最多只能有1個：

序號	模塊名稱	模塊功能	備注
1	Initialization	系統(tǒng)硬件初始化
2	ServoCommand	向舵機(jī)發(fā)送舵機(jī)控指令
3	LEDCommand	向LED發(fā)送時序控制指令
4	LEDScope	時序狀態(tài)監(jiān)測模塊
5	TurntableScope	轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊

（5）   信號記錄說明：仿真過程中，若需監(jiān)測或保存模型中的某個信號，將該信號接入信號監(jiān)測模塊ACEScope即可；

（6）  信號命名規(guī)則：接入信號監(jiān)測模塊ACEScope的信號是以輸入該ACEScope模塊的前一個模塊的路徑名命名的，為方便在實(shí)驗(yàn)過程中用戶監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析，請盡量規(guī)范模塊命名，特別是ACEScope模塊的前一個模塊和上級模塊的命名；在彈載控制器接口實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)保存時，表頭為信號簡化的路徑名稱，軟件另外自動保存了同名的完整路徑名稱；

（7）配置“Parameters Setup”與模型變量關(guān)聯(lián)，以便上位機(jī)實(shí)時更改參數(shù)。請注意：參數(shù)名稱不能夠使用數(shù)字和關(guān)鍵字。Parameters Setup會在當(dāng)前模型目錄下生成兩個文件“.sldd”和“…_gui.xml”請確保這兩個文件與模型存在于同一目錄下，否則模型編譯會出錯。