+7 (495) 009 65 85

Полунатурная модель управляемой ракеты с пассивной ГСН

Конструкторское бюро точного машиностроения им. А.Э. Нудельмана разработало полунатурную модель управляемой ракеты с пассивной ГСН

«Нас, как специалистов в области систем управления движением, модельно-ориентированное проектирование в MATLAB и Simulink привлекает предельной понятностью, простотой в освоении, удобством и богатым инструментарием»

Цапцов А.В., к.т.н., зам. начальника отдела, АО «КБточмаш им. А.Э. Нудельмана»

Пассивная головка самонаведения перспективной управляемой ракеты

Пассивная головка самонаведения перспективной управляемой ракеты

 

Акционерное общество «Конструкторское бюро точного машиностроения им. А.Э. Нудельмана» традиционно является широко диверсифицированным предприятием в области создания систем и комплексов вооружения и военной техники, разрабатывает их в интересах практически всех видов Вооруженных Сил, в том числе в интересах Сухопутных войск, Военно-морского флота, Военно-Воздушных сил и РВСН.

В настоящее время для сокращения объемов натурных испытаний и количества изготавливаемой материальной части в АО «КБточмаш» широко применяется полунатурное моделирование систем управления ракет и снарядов различного назначения. Полунатурное моделирование представляет собой разновидность физического моделирования с реальной аппаратурой, при котором остальная часть системы/изделия/комплекса имитируется в ЭВМ в виде математических моделей.

Применение полунатурного моделирования особенно обоснованно при проектировании таких сложных управляемых изделий, как перспективная управляемая ракета, оснащенная пассивной оптико-электронной головкой самонаведения (ГСН) и предназначенная для решения широкого перечня специальных задач.

 

Задачи

В качестве основного объекта полунатурного моделирования выступает пассивная ГСН, поскольку она является ключевым элементом системы управления ракеты, и совокупный уровень ее технических характеристик определяет точность функционирования ракеты в целом.

Вследствие ограниченного характера натурных экспериментов, полунатурное моделирование ГСН должно проводиться в максимально возможном объеме и с максимально возможной достоверностью. При этом полунатурная модель должна обеспечить соблюдение следующих основных принципов:

  • осуществлять много тысяч имитаций летных испытаний в безопасных, контролируемых и повторяемых условиях;
  • анализировать поведение системы управления;
  • сократить цикл от разработки до производства;
  • снизить стоимость разработки;
  • гарантировать технические характеристики и качество.

Основная проблема, возникшая перед инженерами АО «КБточмаш», заключалась в создании и применении программно-аппаратного комплекса (ПАК), который должен работать под управлением операционной системы реального времени (ОС РВ), осуществлять обмен данными с ГСН по цифровым каналам связи и реализовывать расчет математических моделей движения ракеты в реальном масштабе времени.

ПАК – это основа полунатурной модели, поскольку степень его временной детерминированности по приему/выдачи данных от реальной аппаратуры, их обработки и расчету математических моделей является определяющим фактором для достоверной имитации исследуемых систем.

 

Решение

Инженеры АО «КБточмаш» разработали полунатурные модели системы управления ракеты и ГСН с использованием Simulink и реализовали их на программно-аппаратном комплексе (ПАК) компании Speedgoat, работающем под управлением ОС РВ Simulink Real-Time.

«Программно-аппаратный комплекс Speedgoat был выбран по нескольким причинам. Во-первых, математические модели уже были реализованы в среде Simulink, и сложность их интеграции в полунатурную модель сводилась к минимуму. Во-вторых, Speedgoat представляет собой готовое решение «три в одном» — операционная система реального времени, мощный вычислитель и необходимая периферия с готовыми драйверами. В-третьих, Speedgoat характеризуется отличным показателем «цена/качество» — это имеет особенное значение, когда ресурсына проведение полунатурного моделирования выделяются по «остаточному принципу», — Цапцов А.В.

ПАК Speedgoat обладает достаточными вычислительными ресурсами для запуска в реальном масштабе времени математических моделей движения цели, фоно-целевой обстановки, кинематики и аэродинамики ракеты, блока инерциальной навигации и других подсистем. При этом шаг моделирования составляет 0,5 мс. Данный ПАК конфигурируется различными периферийными устройствами для подключения к реальной аппаратуре (по каналам МКИО, RS-422, RS-485, Gigabit Ethernet, ЦАП, АЦП и др.) и позволяет напрямую импортировать математические модели, реализованные в среде MATLAB/Simulink, что существенно облегчает переход от этапа математического моделирования ракеты к полунатурному без привлечения системных и прикладных программистов высокого класса.

 

Результаты

Верхний уровень полунатурной модели в Simulink

Верхний уровень полунатурной модели в Simulink

«Несмотря на тот факт, что были изготовлены и проведены автономные испытания опытных образцов, только благодаря полунатурному моделированию с использованием ПАК Speedgoat были протестированы, скорректированы и отлажены логика функционирования и алгоритмы управления», — Цапцов А.В.

Разработанная полунатурная модель управляемой ракеты с пассивной ГСН успешно используется для решения следующих задач:

  • проверка логики, алгоритмов и циклограммы работы системы управления;
  • проверка алгоритмов самонаведения на цель по сигналам пассивной ГСН;
  • проверка точностных и динамических характеристик ГСН;
  • определение вероятности поражения типовых целей;
  • оценка конечных промахов наведения ракеты на цель.

Разработанная полунатурная модель является достаточно универсальной:

— при моделировании управляемых ракет подобного класса повторно используются более 95% моделей;

— при моделировании управляемых ракет другого класса повторно используются не менее 50% моделей.

По результатам полунатурного моделирования получено надежное программное обеспечение пассивной ГСН, при этом погрешность расчета алгоритмов управления не превышает 1% по сравнению с «эталонными» значениями.

Центр инженерных технологий и моделирования Экспонента осуществляет комплексные услуги по внедрению программно-аппаратных комплексов Speedgoat и Simulink Real-Time:

  • Проработка конфигурации под требования заказчика
  • Установка и первоначальная настройка
  • Обучение инженеров инструментам и оборудованию
  • Техническая поддержка и сопровождение
  • Адаптация моделей и написание драйверов для плат в Simulink

Старая версия сайта доступна по адресу old.exponenta.ru