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

ACEToolBox工具包說(shuō)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(jí)的專(zhuān)用Simulink模塊庫(kù)，供用戶(hù)自主建模使用，包括硬件接口庫(kù)和設(shè)計(jì)模塊庫(kù)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(kù)（ACE Hardware Interface）

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

硬件接口庫(kù)（Ace Hardware Interface）

序號(hào)	模塊	模塊名稱(chēng)及功能	備注
1	ACESystem Interface	系統(tǒng)級(jí)硬件接口庫(kù)
1.1	Initialization	系統(tǒng)硬件初始化模塊
1.3	TurntableOV	轉(zhuǎn)臺(tái)控制接口模塊，中外內(nèi)框分別對(duì)應(yīng)Phi、Psi、Gam?？商峁┒喾N轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式的控制，1-位置運(yùn)動(dòng)，2-速度運(yùn)動(dòng)，4-回零運(yùn)動(dòng)，8-停止運(yùn)動(dòng)。
1.4	TurntableCV	轉(zhuǎn)臺(tái)控制接口模塊簡(jiǎn)約版，輸入為轉(zhuǎn)臺(tái)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(cè)試平臺(tái)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(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。
2	ACE GNC Interface	GNC硬件接口庫(kù)
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(cè)模塊，從I/O中接收高低電平狀態(tài)

  公共模塊庫(kù)（ACE Commonly Model）

公共模塊庫(kù)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(dòng)仿真設(shè)計(jì)的“軟”模塊，包括ACE飛行器模型庫(kù)、ACE設(shè)備模型庫(kù)、GNC算法與工具庫(kù)、公共模塊庫(kù)和環(huán)境模型庫(kù)，是針對(duì)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(kù)（ACE Commonly Model）

序號(hào)	模塊	模塊名稱(chēng)及功能	備注
1	ACE Aerocraft Model	ACE飛行器模型庫(kù)
1.1	ACE   Aerodynamic for 3DOF	3DOF氣動(dòng)力模塊，基于瞬態(tài)平衡的氣動(dòng)力模型
1.2	ACE Aerodynamic for 6DOF	6DOF氣動(dòng)模塊，包括氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩模型
1.3	ACE Centroid Motion	質(zhì)心運(yùn)動(dòng)模塊，包括動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
1.4	ACE Rotation Motion	繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，包括動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)模塊
2	ACE Device Model	ACE設(shè)備模型庫(kù)
2.1	Second Order Linear Servo	二階線(xiàn)性舵機(jī)模型
2.2	Second Order Nonlinear Servo	二階非線(xiàn)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(kù)
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(jiǎn)化模型，ACE縱向通道制導(dǎo)簡(jiǎn)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(dòng)線(xiàn)性化模型，ACE案例飛行器線(xiàn)性化傳遞函數(shù)
3.8	ACE Delta1234 toDeltaXYZ	4個(gè)實(shí)際舵偏角轉(zhuǎn)化為3個(gè)等效舵偏角
3.9	ACE DeltaXYZC to Delta1234C	3個(gè)等效舵控制指令轉(zhuǎn)化為4個(gè)實(shí)際舵偏角指令
4	Environment Model	環(huán)境模型庫(kù)
4.1	COESA Atmosphere Model	COESA大氣模型
4.2	Simplified Atmosphere   Density Model	大氣密度簡(jiǎn)化模型
4.3	Simplified Gravity Model	重力簡(jiǎn)化模型
4.4	Horizontal Wind Model	水平風(fēng)模型
5	ACE Commonly Model	公用模塊庫(kù)
5.1	ACEScope	數(shù)據(jù)信息源監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)多維信號(hào)時(shí)上位機(jī)軟件將命名為ACEScope.1、ACEScope.2、ACEScope.3、……以此類(lèi)推。	系統(tǒng)專(zhuān)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(shí)調(diào)整和用戶(hù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行過(guò)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(zhuān)用
5.3	Counter Free-Running	自動(dòng)運(yùn)行定時(shí)器
5.4	Pulse Generator	脈沖信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生設(shè)定屬性的脈沖信號(hào)。
5.5	Random Number	隨機(jī)數(shù)模塊是一個(gè)信號(hào)源模塊，可以產(chǎn)生正太分布的隨機(jī)信號(hào)，默認(rèn)情況下隨機(jī)信號(hào)的均差為0，方差為1.
5.6	Repeating Sequence	周期信號(hào)模塊，可以方便地產(chǎn)商周期波形，僅有一個(gè)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(hào)
5.8	Signal Generator	信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生設(shè)定的信號(hào)。
5.9	Sine Wave	正弦信號(hào)發(fā)生模塊，有1個(gè)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(gè)輸出端口，可輸出階躍信號(hào)的模塊，階躍信號(hào)的階躍時(shí)間的值則有參數(shù)對(duì)話(huà)框中的參數(shù)決定。
5.11	Switch	選擇開(kāi)關(guān)模塊，可根據(jù)判斷條件選擇多個(gè)輸入端口中的某個(gè)進(jìn)行輸出。
5.12	Uniform Random Number	均勻隨機(jī)信號(hào)模塊，用于產(chǎn)生均一的服從高斯分布的隨機(jī)信號(hào)。

 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼f(shuō)明

系統(tǒng)出廠(chǎng)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(kāi)展典型組件級(jí)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(duì)加速度信息的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

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

（3）舵機(jī)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>ServoStepCmdTest.slx，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)階躍控制指令和舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的在線(xiàn)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(duì)舵機(jī)正弦控制指令和舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的在線(xiàn)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(hù)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(duì)I/O端口的邏輯控制與狀態(tài)監(jiān)測(cè)。其默認(rèn)邏輯為：1-8s內(nèi)逐秒點(diǎn)亮1個(gè)LED，9-16s內(nèi)逐秒點(diǎn)滅1個(gè)LED。

（2）彈載控制器接口實(shí)驗(yàn)案例模型ControllerInterfaceTest.slx，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)。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(duì)GNC系統(tǒng)的仿真評(píng)估，其案例飛行任務(wù)剖面如下圖所示，詳見(jiàn)《無(wú)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(kù)搭建而成，用于在MATLAB平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真評(píng)估，包括：

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

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

l  制導(dǎo)律6DOF仿真評(píng)估模型Guidance.slx

l  制導(dǎo)控制律綜合仿真評(píng)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(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真評(píng)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(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)，衍生了以下模型：

l 控制器在回路、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的仿真模型ControllerInLoopWithServo Simulation.slx

l 控制器在回路、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的仿真模型ControllerInLoopWithGyro Simulation.slx

l  控制器在回路、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)及轉(zhuǎn)臺(tái)的仿真模型ControllerInLoopWithServo GyroSimulation.slx

l  控制器+舵機(jī)在回路、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的仿真ControllerAndServoInLoopWithGyro Simulation.slx

l  控制器+陀螺在回路、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的仿真模型ControllerAndGyroInLoopWith ServoSimulation.slx

自主建模說(shuō)明

請(qǐng)使用ACEToolBox工具包模塊庫(kù)的模塊進(jìn)行自主建模，可參見(jiàn)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(zhǎng)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(hù)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?wèn)題，如果未報(bào)錯(cuò)則模型正常，再進(jìn)行下一步操作。

（3）     出現(xiàn)類(lèi)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(gè)初始化模塊“Initialization”；在同一個(gè)Simulink模型中，以下硬件接口模塊最多只能有1個(gè)：

序號(hào)	模塊名稱(chēng)	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(shí)序控制指令
4	LEDScope	時(shí)序狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊
5	TurntableScope	轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊

（5）   信號(hào)記錄說(shuō)明：仿真過(guò)程中，若需監(jiān)測(cè)或保存模型中的某個(gè)信號(hào)，將該信號(hào)接入信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊ACEScope即可；

（6）  信號(hào)命名規(guī)則：接入信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊ACEScope的信號(hào)是以輸入該ACEScope模塊的前一個(gè)模塊的路徑名命名的，為方便在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用戶(hù)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析，請(qǐng)盡量規(guī)范模塊命名，特別是ACEScope模塊的前一個(gè)模塊和上級(jí)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(shí)，表頭為信號(hào)簡(jiǎn)化的路徑名稱(chēng)，軟件另外自動(dòng)保存了同名的完整路徑名稱(chēng)；

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