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环境工程仿真
摘要:系统仿真是第二次世界大战后发展起来的一门新技术, 目前已广泛应用于工程与非工程的不同领域, 它与航天技术的关系尤为密切。本文阐明卫星控制系统仿真在卫星研制中的地位, 并叙述卫星仿真的几种级别数学仿真、半物理仿真和全物理仿真的方法、特点、作用及其基本设备。
关键词:数学仿真丰物理仿真全物理仿真太阳模拟器地球模拟器星模拟器仿真计算机气浮台
1,前言
,建立系统模型, 建立适
于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、系统模型
校验、再反馈修改模型或实验后再运行.。仿真(Simulation),即使用项目模拟将待定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响,该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。该项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险险估计,一般采用蒙特卡洛法进行仿真。在卫星控制系统研制过程中, 仿真是一个不可缺少的环节。从方案设计, 系统验收到卫星在轨道运行时的故障对策, 无不需要应用仿真的手段。系统仿真在卫星研制过程中的地位如图所示。仿真的基础是模型。模型通常可以分成两种类型。一类是数学模型, 完全用数学语言来描述系统的行为特性, 并用计算机进行仿真。另一类是物理模型, 用与系统相似或等价的实物来接入回路进行仿真试验。在卫星控制系统仿真中, 根据所介人模型的不同, 分为数学仿真、半物理仿真和全物理仿真。
仿真分类

卫星控制系统数学仿真通常与计算机控制系统辅助分析相结合, 完成卫星轨道动力学和刚体、挠性体、多体卫星姿态动力学的时域仿真及控制系统的稳定性分析。已有专门的软件包完成上述工作, 并可与国际通用的控制设计软件包MATLAB和有限元分析软件包NASTRAN接口。
卫星数学仿真软件主要包括下列功能
· 空间环境模型仿真
包括地球重力场、磁场、空气动力、太阳辐射压力, 日一月一地摄动等。
· 卫星轨道计算
· 三轴稳定卫星姿态确定与控制系统仿真
· 自旋卫星姿态确定与控制系统仿真
· 多刚体系统动力学分析及控制仿真
· 大型挠性体动力学分析及控制仿真
数学仿真最关键的问题是建立系统的数学模型。数学模型要尽量精确地反映系统的性能。建立系统数学模型有两种方法, 即理论建模和实验建模。一个复杂的动力学系统建模常常需要两种方法并用。用理论建立数学模型不仅需要通过实验来取得有关的参数, 也有待于通过实验来验证和修正。复杂卫星的结构一般由一个主刚体, 挠性附件大型天线和太阳帆板, 带有晃动液体的燃料贮箱, 星内活动机构如照相机等各部分组成。由于系统高度复杂, 很难得到精确的理论模型并求解, 总是在一定的假设条件下简化, 这就使得验模工作显得十分重要。通过测量卫星在轨道运行参数来验证和修改卫星的数学模型是最为有效的方法
。

虽然数学仿真已经得到卫星在不同参数组合和初始条件下的性能结果, 但是半物理仿真仍然是卫星研制中一个十分重要的环节。这是由于:
, 其结构相当复杂, 数学模型很难精确地概括全部的细节, 有时候某些细节的局部误差有可能使系统性能发生质的变化。在这种情况下, 数学仿真具有满意的结果, 而半物理仿真则有可能大大超出了设计的要求或者有新的发现。