硕士论文中期报告

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1、硕士论文中期报告（田野）基于vxworks的卫星半物理仿真中的通信一、研究内容概要：借助vxworks嵌入式操作系统平台，实现卫星半物理仿真中的通信问题。半物理仿真各个阶段涉及嵌入式星载计算机之间的通信、星载计算机和各个外部系统之间的通信、系统中执行和测量部件的控制和信息反馈等，是从系统级、分系统到部件级的层次机构，其中通信机制发挥了建立其间联系的基础性作用。主要包括：通信机构的设计、通信协议的选择和统一、通信接口的编制以及底层通信设备驱动程序编写等内容，以期最后参与到卫星地面半物理仿真试验系统的整体调试之中。二、开题后主要完成的研究工作：1、飞轮和陀螺数据通

2、信1.1相关硬件及软件环境：pc计算机、PCI1710数据采集及转换卡、实际飞轮和陀螺；vxworks操作系统及其编译环境Tornado、matlab的rtw实时工具箱；1.2实验目的和意义：飞轮是卫星的执行机构，根据“动量守恒”原理来控制卫星的姿态，它的精度、速度和控制效果好坏直接影响到卫星的姿态精度和稳定性，本项目中主要使用的是零动量反作用飞轮来实现姿态三轴稳定。陀螺是卫星的测量部件，本项目中采用德国的微型激光陀螺，通过对三个方向角速度的测量向卫星提供姿态数据。1.3实现原理和步骤：1、按照仿真框图（图1-1）在matlab的simulink中建立飞轮测速

3、的模型，包括控制部分（发送控制指令）、s函数（对PCI1710采集卡进行读写操作以及利用采集卡进行脉冲计数）、显示对比部分（图1-2）;2、使用matlab的tornado编译工具将simulink模型转化为在vxworks运行的代码，通过tornado和目标机的交叉编译环境下载到目标机的vxworks操作系统下；3、在vxworks操作系统下运行代码，给飞轮提供一个控制信号，然后得到飞轮的转速、转向和力矩等信息，通过matlab外部模式实时观察数据。飞轮的角速度信号是通过PCI1710卡的计数器换算得到的；4、模型运行300秒后，得到数据文件wheel.ma

4、t。绘出控制力矩和输出力矩的曲线（图1-3）。图中平滑的曲线是控制力矩，前100秒为-0.8，后500秒呈正弦规律变化。带有噪声的曲线是飞轮的力矩曲线，由于该飞轮是一个性能不是很好的产品，只能用于地面的初期试验阶段，所以在控制力矩变向的时候产生了较大的噪声，这是十分正常的。图1是误差图，从图中看出输出力矩和控制力矩平均误差不是很大；5、陀螺的测试方法与上面飞轮测速类似。15图11反作用飞轮仿真系统框图Figure11Reactionwheelsimulationsystem图12飞轮测速Simulink模型Figure12Measurevelocit

5、ymodelofwheel15图13控制力矩与输出力矩Figure13Controltorqueandoutputtorque图14误差曲线Figure14Errorcurvediagram2、vxworks下的网路通信2.1相关硬件及软件环境：pc计算机、ne2000网卡、RS485串口PCI接口卡、vxworks操作系统及其编译环境Tornado、matlab的rtw实时工具箱；2.2实验目的和意义：15利用TCP/IP提供的端到端的传输能力在位于不同主机上的任务间传输用户数据，其中一种方式就是使用socket（套接字），本项目中需要在仿真计算机中

6、增加网络传输功能，以便以较快的速度通过网络把各种实时仿真数据传出，网络上其他计算机接收到实时数据后可以进行实时显示、计算以及实现三维卫星模型的实时数据驱动。因为数据量很大，串口无法满足要求，网络协议可靠快速，是良好的选择。2.3实验原理：1、宿主机是集成编译环境，把运行在各计算机上的任务代码编译后通过网络下载到各台计算机（图2-1）；2、控制计算机（即星载计算机）和动力学仿真计算机各安装一块PCI串口卡PCI1612，通过485串口组成闭环结构实现实时控制（图2-1）；3、动力学仿真计算机利用网络将动力学仿真数据通过socket发出，宿主机利用VC程序通过so

7、cket接收数据，并将其转换为符合STK接收要求的数据格式，发向STK演示机（图2-1）；4、STK演示计算机接收仿真数据并实时驱动STK动画显示（图2-1）。图21半物理仿真系统结构图Figure21Semi-physicalsimulationsystemstructure2.4实现步骤：1、在simulink动力学模型中编写有关网络通信的s函数模块socket_net，在其中调用vxworks代码编程实现socket的服务器端，等待客户端申请建立连接后把实时仿真数据由网络传给客户端（图2-2）；2、在宿主机中用VC实现socket数据接收，作为客户端

8、。服务器端首先运行，等待客户端连接。在