网络控制系统及其在航天领域中的应用研究

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1、2015年第1期导弹与航天运载技术No.12015总第337期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.337文章编号：1004-7182(2015)01-0056-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150113网络控制系统及其在航天领域中的应用研究刘伟，陈曦，杨秀山，吴如煊，胡瑛（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：网络控制系统作为新近出现并兴起的控制系统，其系统结构优秀，能够较好地满足航天器的自主性和智能性的要求，代表了航天器控制系统未

2、来的发展趋势。从网络控制系统共性问题和航天领域专有问题进行了系统地分析，重点讨论航天器总线选用原则、可靠性及拓扑结构、总线负载、总线时延影响因素、通用仿真平台和网络消息调度等问题，并提出了相关的设计和实现方法。关键词：航天器网络控制系统；可靠性分析；网络调度；通用仿真平台中图分类号：TP393.02文献标识码：AResearchonNetworkControlSystemandItsApplicationinSpaceAreaLiuWei,ChenXi,YangXiu-shan,WuRu-xuan,Hu

3、Ying(BeijingInstituteofAerospaceSystemsEngineering,Beijing,100076)Abstract:Asanemergingcontrolsystem,networkcontrolsystemcansatisfythedemandonintelligenceandautonomyofspacecraftbyitsappropriatesystemarchitecture,representingtheevolutiontrendofspacecraftc

4、ontrolsystem.Thecommonissuesofnetworkcontrolsystemandspecialfeaturesofspacesystemsareanalyzedsystematically.Theselectioncriterions,topology,reliability,systemdelay,messagedispatchandgeneralsimulationplatformsofcommunicationbusarediscussed.Designandrealiz

5、ationmethodsareproposed.KeyWords:Spacecraftnetworkcontrolsystems;Reliabilityanalysis;Networkscheduling;Generalsimulationplatform0引言呈现出向航天器底层的控制系统渗透的趋势。当航天随着现代航天技术的不断发展，人们对航天器控器控制器、惯性测量组合及伺服机构通过数据总线等制系统性能提出愈来愈高的要求，传统的集中式控制实时网络构成控制系统的闭环回路时，就组成了网络系统由于控制器和底层

6、设备之间采用“点对点”连线控制系统（NetworkedControlSystems，NCS）。典型航方式，严重制约了底层设备丰富的状态信息和故障信天运载器的电气系统一般包括测量、姿态控制、安控、息向上层系统的传递，不利于设备的故障诊断和系统利用和其它附加功能模块。其总线网络拓扑结构采用信息的集成，因此难以适应未来航天器智能性和自主两条1553B总线构成总线网络，控制功能模块采用一[1,2]性的发展趋势。数据总线的引入是为了解决航天器内条独立的总线，其他模块采用另一条总线。图1为部日益复杂的信息共享和数据

7、传输问题，数据总线已飞行控制系统的总线拓扑结构图。图1航天运载器飞行控制系统总线拓扑结构收稿日期：2013-09-30；修回日期：2014-01-05作者简介：刘伟（1980-），男，高级工程师，主要研究方向为运载火箭总体设计第1期刘伟等网络控制系统及其在航天领域中的应用研究57NCS利用控制网络和网络化的现场设备，较好地也需要采用双冗余甚至多冗余，并且必须对不同的拓满足了现代控制系统的“网络化、集成化、开放化”扑结构的可靠性进行定量分析和评估。的发展趋势。因此NCS可以从系统结构上为航天器信c）航天器

8、控制系统是硬实时系统，若满足不了时息控制一体化系统提供有力的支持，反映了航天器控限要求，往往带来灾难性后果。而NCS的网络时延一[3,4]制系统的发展方向。对目前网络控制系统在航天领般是时变和不确定的，因此如何改进或选择合适的网域的应用来说，采用传统的控制理论还可以应付解决，络协议，并设计网络调度策略，使得网络时延尽可能但随着应用的不断深入和拓展，势必需要从网络控制确定可知，以满足航天器硬实时要求，也是航天器的系统角度进行理论上的研究和探讨