关于MBDA开发六自由度运动实验平台用于跟踪天线控制器的分析和演示

MBDA 的工程师们发明了一种跟踪天线控制器，使火箭能够通过卫星与地面站进行通信。MBDA 在静态测试中成功地向客户演示了这项技术后，客户要求 MBDA 在动态环境中进行使用演示。

为了尽快满足这一要求，MBDA 使用基于模型设计开发了一个实时6自由度运动平台。在演示过程中，跟踪天线控制器抵消了平台的运动，使天线始终指向卫星，确保可靠通信。

“我们的目标是在很短的时间内提供卫星通信的动态演示，由此获得客户的信任，”MBDA 的部门主管 Tonino Genito 说。“使用 MATLAB 和 Simulink 进行基于模型设计，让我们能快速开发出第一个原型，并在降低成本的同时加速整个过程。”

测试安装三自由度的机器人和带有天线的导弹模型。

挑战

在静态演示中，位于La Spezia的一个火箭平台通过卫星与距罗马400公里的一个地面站通信。作为一个持续发展的里程碑，MBDA需要进行一场实时演示，在这种情况下，火箭的姿态会像飞行时那样发生变化。

在过去类似的项目中，MBDA都用C++或Fortran手工编码开发数值模拟系统。工程师们意识到这种方法太慢，不能在规定期限内完成项目。

由于需要在不到3个月的时间里用上6自由度运动平台，只有两位工程师的团队需要加速运动平台以及它的实时、硬件在环(HIL)仿真系统的开发。

解决方案

MBDA工程师使用MATLAB和Simulink基于模型设计开发实时运动平台。

他们采用了一种MBDA之前在Simulink中已经开发出来的6自由度火箭模型。 他们将此6自由度火箭模型与另一个MBDA团队在Simulink中开发的跟踪天线控制器模型结合在一起。他们使用组合模型运行蒙特卡罗模拟，并改进系统的精度和带宽要求。

两位工程师使用Simulink Coder从天线控制器模型生成代码；使用Simulink Real-Time在专用目标PC上实时运行代码，目标PC连接到一个由工业机器人驱动的运动平台。天线安装在该平台上，机器人的运动是基于实时仿真的结果。

使用这个装置，团队对平台和跟踪天线进行了实时的HIL测试，验证他们的需求和前期仿真的结果。

在进一步的内部测试后，MBDA的演示验证表明：在模拟的运动平台上，天线控制器可以在整个任务过程中跟踪卫星，并且在测试平台和地面站之间保持可靠的卫星通信。

“如果没有实时平台，我们可能需要通过昂贵的飞行试验来向用户演示我们的技术能力。有了 基于模型设计，我们加快了六自由度模型的开发，实现了实时、硬件在环仿真，增加了客户对我们技术的信心。” 

—— Tonino Genito, MBDA

MBDA工程师也在进行另一个项目，该项目的目的是能够在嵌入式硬件上测试制导、导航和控制算法，这些算法由Embedded Coder从Simulink模型生成代码，并部署到硬件。

结果

开发时间减半。“与以前手工编写代码的方法相比，基于模型设计将开发和验证时间减少了大约50%。”Genito说，“代码生成有助于节省时间，正如基于模型设计可以通过仿真检测问题并在模型中快速纠正它们一样节省时间。”

早期发现并解决错误。“使用基于模型的设计，我们快速识别并解决了设计错误，在很短的时间内达到零错误，”MBDA系统工程师Nazario Tancredi说。“使用传统方法时，在整个项目中发现错误的概率始终保持不变；在基于模型设计中错误的概率会迅速降低。”

昂贵的飞行测试减至最少。“因为飞行测试非常昂贵，我们努力减少需要进行的飞行测试的数量，”Genito说。“采用基于模型设计，我们加速了用于HIL测试的实时系统开发，这帮助了我们实现这个目标。”