引言
妇孺皆知，飞行器半实物 仿真 的重要好处是：①可使不可准确树立数学模型的实物如 智能驾驶 仪间接进入仿真回路；②经过模型和实物之间的切换，进一步校准数学模型；③间接检验控制系统各局部配置。因此，西方各国都投入了渺小的人力物力树立各种飞行器半实物仿实在验室，早在六十年代，美国、日本就展开了水下飞行器半实物仿真的钻研上班。如何提高半实物仿真系统的精度，不时是国际外仿真上班者着力处置的课题之一。为此，本文设计了一种新型的数字化、一体化为重要特点的水下飞行器控制半实物仿真系统，不只仿真服务器由数字仿真机替代了早先的 模拟 机，而且重要中心仿真设施如三轴转台和水压 仿真器 亦成功了数字机随动控制，同时研制出仿真服务器与中心仿真设施之间的实时数字并行通讯 接口 。从而为水下飞行器的 高精度 半实物仿真提供了更先进、更完善的技术基础。
1、水下飞行器 控制系统 半实物仿真的特点
为了有效地展开控制系统的数学仿真尤其是半实物仿真的钻研上班，有必要钻研水下飞行器的特点及其对仿真的不凡要求。
（1）飞行时深度通道是最重要的控制通道，其深度敏感元件依托测量淡水灵活压力来给出飞行深度，为了成功对深度敏感元件的加载要求，须要研制量程范畴大且在浅水深度时仿真精度足够高的水压仿真器。
（2）因为水下声探测距离的局限性，为了增大搜查范畴，控制系统普通都设计了相当复杂的飞行轨迹的程序控制如“8”字形、螺旋形搜查飞行模式等，因此要求：
a．仿真机除了能解算用微分方程和逾越方程形容的延续数学模型以外，还应具有实时解算形容轨迹的少量逻辑运算的才干。
b．用于仿真飞行器姿态的三轴模拟转台的外环轴应具有多圈延续旋转的才干。
（3）因为水密度基本为常数和推动系统启动环节完结后飞行体速度基本坚持不变，飞行器静止在普通条件下可近似看作定常静止，舵机负载仅与舵角无关，从而可以简化舵机负载力矩仿真器的设计。
2、水下飞行器控制半实物仿真系统的组成
图1为该仿真系统原理框图，虚线框内为被仿真的驾驶仪实物。
图1某水下飞行器控制半实物仿真系统原理图
其中，仿真设施重要有：
（1）VAX-LAB数字仿真机
VAX机为系统仿真服务器，在该计算机上开发了一套飞行器实时仿真软件包，包含输入输入、动力学和静止学解算、图形显示、数据处置、自检、开环与闭环 检测 调试程序等，装备有 时钟 板KWV11、模数转换板V11、并行通讯板DRV11-WA等及VMS实时操作系统［1］。在实时仿真中，由VAX机中时钟板KWV11C设置 配件 终止，帧期间普通为5ms。
（2）696 数控 式三轴电动转台
696数控式三轴电动转台是在原696三轴电动转台经数字化变革而成的一种新型飞行器姿态仿真器，飞行器在水下静止时飞行轨迹复杂，要求仿真用具有高精度多圈回转配置。成功这种仿真要求的一种仿真器控制系统如图2。由PC-486 工业控制 机作前端机，对输入的飞行器角速度启动坐标变换处置，每个8096 单片机 作为它的下位机，经过实时控制计算，区分控制外、中、内三个框，三个框的位置、速度显示也由另一个8031单片机治理，启动数字显示。这种通讯、计算和控制的数字化模式不只使伺服控制性能提高，而且设置角静止初始形态、修正控制参数十分繁难。在位置反应设计方面，驳回高精度的 光学 编码器 替代了早先的模拟式电位计，经过可逆计数器将脉冲个数表示的角位置 信息 送往数控装置。 光电 码盘的运行，就大大提高了飞行器多圈回转的精度。同时，在该系统中引入了速度的模拟量反应，使系统的动特性和低速颠簸性失掉改善。
图2数控式多圈回转三轴转台单框原理图
转台重要技术目的：三框均可延续旋转；静态精度：2′;频带：8Hz（按ΔA±10％和Δφ±10°要求）。
（3）水压仿真器
水压仿真器是深度半实物仿真中的关键设施，水压仿真器又称为深度模拟器，是一种电～压力变换装置，它接受来自仿真服务器的飞行深度的电信号，经过电液变换转换成相应的油压灵活变动，并经管路施加于被试的深度 传感器 上，以成功对含深度传感器在内的智能驾驶仪启动半实物仿真的目的。
水压仿真器由 控制器 、电液伺服阀、压力反应装置及液压油源等组成，参见图3。其中，控制器驳回8096单片机，控制器与仿真服务器的深度等信息的传送可以间接经过实时数字接口并行通讯，从而缩小了因数模转换和模拟量传送所带来的误差。
图3水压仿真器原理图
水压仿真器重要技术目的：量程：0～60米（浅水）、60～600米（深水）；静态精度：0.13%；频带：30Hz。
（4）舵负载力矩仿真器
舵面负载力矩仿真器是仿真作用在舵面上的流体动力负载的一种施力装置。因为淡水的密度、飞行器飞行速度基本可看成常数，舵铰链力矩系数也可以为基本不变，在舵的形态不变且很小时，负载力矩可近似为线性，这样，关于简化负载力矩仿真器的设计是无利的，仿真器属定点式仿真器，驳回板簧来制造，如飞行速度扭转，则用改换刚度系数不同的板簧的方法。
（5）接口装置
因为在多圈盘旋形态下，小角度变动 信号 经由模拟转换接口传送会惹起较大误差，因此必定依据设施的详细状况研制公用数字传送接口。图5为衔接VAX机和PC机的16位数字并行接口的示用意，在VAX机的Q总线上插接DRV11—WA的并行通讯板，在PC机插有研制的PJ—16公用接口板，地址选址由GAL 芯片 成功，握手控制线由8255成功，驳回4片74LS374启动数据缓存，它们的衔接和通讯由40芯的衔接线（握手线、数据线、地址线、控制线）和公用接口软件成功，通讯速率为512K/秒。
图4VAX-PC并行通讯接口原理图
图5水下飞行器仿真工程数据库框图
（6）仿真工程数据库与程序库的一体化设计
为了成功仿真和型号设计实验的一体化，在VAX机上开发研制了仿真工程数据库。该数据库是以LE相关数据库为基础，应用PRO*FORTRAN预编译程序接口和SQL*FORMS来成功的。在仿真环节的初始化阶段，仿真程序可以间接调用数据库中的数据，如模型 参数 、形态初值等，在仿真完结时可将内存中结果数据送入数据库，不用经过数据文件的两边过渡。仿真数据库是经过树立一些基本的表和FORMS来构成，重要有飞行器模型参数表（TPMP）、仿真及实航实验结果表（TD、TPID1、UDATE）和仿真初值表（ORIG）。FORMS有：模型参数表格FORMA，它能依据飞行器类型对各种入库飞行器模型参数启动查问，处置了数据隐秘疑问以及如何依据块之间的相关成功条件查问；仿真、实航数据操作表格FORMBARY，它能依据实验无关数据查出仿真结果记载，该FORM处置了数据文件入库疑问以及如何同时删除一组记载：仿真、实航数据输入表格FORMBANKY，其重要配置是用于不同条次飞行器的实验结果输入（画图、打印、构成数据文件等），并且可以对不同次实验的同一形态启动比拟。图5为飞行器仿真工程数据库框图。
3、系统测试对比和仿实在验运行
对已成功工程成功的半实物仿真系统启动了一系列测试和对比剖析上班，重要结果如下：
数学模型解算误差重要为字长、步长和 算法 发生，关于32位计算机、5ms步长和四阶亚当斯法的计算，误差小于0.1%，而模拟机解算的系统计算误差为1～5%。数控式转台静态误差三框为1′～2′，同一转台数字化变革之前为8′。水压仿真器静态精度0.13%，相对误差小于0.0005Mpa，而模拟式仿真器相对误差0.5%，相对误差0.002Mpa。16位D/D数字信息传输误差为1/65535，而模拟信号传输因噪声搅扰所惹起的误差为0.1%左右。由此不美观出，新成功的仿真系统具有较高的仿真精度。
图6为某飞行器半实物仿真的深度曲线与海上实航结果对比状况，说明半实物仿真结果与实航结果相凑近。
图6飞行深度半实物仿真与实航结果对比
4、完结语
因为在该飞行器控制半实物仿真系统设计中，驳回了数学模型的数字机解算、仿真器的数字机控制、系统设施间的信息的数字传输，使系统仿真精度优于原先以模拟设施为主的仿真系统，而且设定初始条件、扭转控制参数十分繁难，增强了系统仿真配置，从而使水下飞行器的半实物 仿真技术 进入数字一体化的新阶段。