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ACE系列产品所用实验模型
ACEToolBox工具包说明
ACEToolBox工具包是飞行控制技术与工程课程实验装置升级的专用Simulink模块库，供用户自主建模使用，包括硬件接口库和设计模块库两部分。ACEToolBox工具包在Simulink Library Browser中，ACEToolBox工具包如下图所示。
硬件接口库（ACE Hardware Interface）
硬件接口库主要包括飞行控制技术与工程课程实验装置升级的硬件访问模块，分为GNC硬件接口库和系统级硬件接口库，具体模块及其功能如下表所示。
硬件接口库（Ace Hardware Interface）
序号 | 模块 | 模块名称及功能 | 备注 |
1 | ACESystem Interface | 系统级硬件接口库 | |
1.1 | Initialization | 系统硬件初始化模块 | |
1.3 | TurntableOV | 转台控制接口模块，中外内框分别对应Phi、Psi、Gam。可提供多种转台运动模式的控制，1-位置运动，2-速度运动，4-回零运动，8-停止运动。 | |
1.4 | TurntableCV | 转台控制接口模块简约版，输入为转台三框位置指令。 | |
1.5 | Cooperate | 协同制导数据传输模块，可实现仿真测试平台数据互联。 | |
1.7 | Visual | 三维视景仿真数据传输模块，可将模型中输出的数A弹的据传输至三维显示平台，进行实时仿真。 | |
2 | ACE GNC Interface | GNC硬件接口库 | |
2.1 | Accelerometer | 加速度计接口模块，从加计中读取加速度Axyz | |
2.2 | Gyroscope | 陀螺仪接口模块，从陀螺中读取角速度Wxyz | |
2.3 | IMU | 惯组接口模块，从惯组中读取加速度Axyz和角速度Wxyz | |
2.4 | ServoCmd | 舵控指令接口模块，向舵系统发送舵控指令Delta1C、Delta2C、Delta3C、Delta4C | |
2.5 | ServoAngle | 舵偏采集接口模块，从舵系统中采集舵反馈角Delta1、Delta2、Delta3、Delta4 | |
2.6 | I/OCmd | I/O控制接口模块，向I/O中发送逻辑控制指令 | |
2.7 | I/OState | I/O状态监测模块，从I/O中接收高低电平状态 |
公共模块库主要包括飞行控制技术与工程课程实验装置的飞行器运动仿真设计的“软”模块，包括ACE飞行器模型库、ACE设备模型库、GNC算法与工具库、公共模块库和环境模型库，是针对ACE案例而设计的，具体模块及其功能如下表所示。
公共模块库（ACE Commonly Model）
序号 | 模块 | 模块名称及功能 | 备注 |
1 | ACE Aerocraft Model | ACE飞行器模型库 | |
1.1 | ACE Aerodynamic for 3DOF | 3DOF气动力模块，基于瞬态平衡的气动力模型 | |
1.2 | ACE Aerodynamic for 6DOF | 6DOF气动模块，包括气动力和气动力矩模型 | |
1.3 | ACE Centroid Motion | 质心运动模块，包括动力学和运动学方程 | |
1.4 | ACE Rotation Motion | 绕质心转动模块，包括动力学和运动学方程 | |
1.5 | ACE Mass Properties | 质量模块 | |
1.6 | ACE Propulsion | 推力模块 | |
1.7 | ACE Equation of 3DOF’s Motion1 | 三自由度运动模块(以姿态角为输入) | |
1.8 | ACE Equation of 3DOF’s Motion2 | 三自由度运动模块(以攻角、侧滑角和倾侧角为输入) | |
1.9 | ACE Equation of 6DOF’s Motion | 六自由度运动模块 | |
2 | ACE Device Model | ACE设备模型库 | |
2.1 | Second Order Linear Servo | 二阶线性舵机模型 | |
2.2 | Second Order Nonlinear Servo | 二阶非线性舵机模型 | |
2.3 | Three-axis Accelerometer Error Model | 三轴加速度计误差模型 | |
2.4 | Three-axis Gyroscope Error Model | 三轴陀螺仪误差模型 | |
3 | ACE GNC Algorithm & Tool | GNC算法与工具库 | |
3.1 | ACE Flight Program Angle | 程序角模型，ACE纵向通道飞行程序角算法案例 | |
3.2 | ACE Simplified Guidance Algorithm | 制导律简化模型，ACE纵向通道制导简化算法案例 | |
3.3 | ACE Guidance Algorithm | 制导律模型，ACE纵向通道制导算法案例 | |
3.4 | ACE Control Algorithm | 控制律模型，ACE纵向通道控制算法案例 | |
3.5 | ACE Guidance and Control Algorithm | 制导控制律综合模型，ACE纵向通道制导控制综合算法案例 | |
3.6 | ACE Navigation Algorithm | 导航解算算法，基于四元数的捷联式惯性导航解算算法 | |
3.7 | ACE Missile Linear Model | 导弹运动线性化模型，ACE案例飞行器线性化传递函数 | |
3.8 | ACE Delta1234 toDeltaXYZ | 4个实际舵偏角转化为3个等效舵偏角 | |
3.9 | ACE DeltaXYZC to Delta1234C | 3个等效舵控制指令转化为4个实际舵偏角指令 | |
4 | Environment Model | 环境模型库 | |
4.1 | COESA Atmosphere Model | COESA大气模型 | |
4.2 | Simplified Atmosphere Density Model | 大气密度简化模型 | |
4.3 | Simplified Gravity Model | 重力简化模型 | |
4.4 | Horizontal Wind Model | 水平风模型 | |
5 | ACE Commonly Model | 公用模块库 | |
5.1 | ACEScope | 数据信息源监测模块，监测多维信号时上位机软件将命名为ACEScope.1、ACEScope.2、ACEScope.3、……以此类推。 | 系统专用 |
5.2 | Parameters Setup | 完成在目标系统的初始化装订、参数实时调整和用户监测运行过程中的人机交互界面。参数命名不能够为数字。 | 系统专用 |
5.3 | Counter Free-Running | 自动运行定时器 | |
5.4 | Pulse Generator | 脉冲信号发生器，用于产生设定属性的脉冲信号。 | |
5.5 | Random Number | 随机数模块是一个信号源模块，可以产生正太分布的随机信号，默认情况下随机信号的均差为0，方差为1. | |
5.6 | Repeating Sequence | 周期信号模块，可以方便地产商周期波形，仅有一个输出端口，并肩仿真所产生的波形的性质显示在模块图标上。如：三角波。 | |
5.7 | Repeating Sequence Interpolated | 内插周期信号 | |
5.8 | Signal Generator | 信号发生器，用于产生设定的信号。 | |
5.9 | Sine Wave | 正弦信号发生模块，有1个输出端口，模块框图上显示轴能够反映模块的连续性和离散性的正弦波图案。 | |
5.10 | Step | Step模块只有1个输出端口，可输出阶跃信号的模块，阶跃信号的阶跃时间的值则有参数对话框中的参数决定。 | |
5.11 | Switch | 选择开关模块，可根据判断条件选择多个输入端口中的某个进行输出。 | |
5.12 | Uniform Random Number | 均匀随机信号模块，用于产生均一的服从高斯分布的随机信号。 |
系统出厂配置的典型实验模型分为系统内置模型和自主建模参考模型。
1 内置模型
内置模型用于开展典型组件级实验，包括：
（1）加速度计实验模型AccelerometerTest.slx，实现对加速度信息的在线监测。
（2）陀螺仪实验模型GyroscopeTest.slx，实现对角速度信息的在线监测。
（3）舵机阶跃响应实验模型ServoStepCmdTest.slx，实现对舵机阶跃控制指令和舵机偏转角的在线监控。
（4）舵机频域响应实验模型ServoFreqCmdTest.slx，实现对舵机正弦控制指令和舵机偏转角的在线监控。
2 自主建模参考模型
自主建模参考模型，顾名思义，用于用户参考建模，包括：
（1）模拟飞行实验案例模型SimuFlyTest.slx，实现对I/O端口的逻辑控制与状态监测。其默认逻辑为：1-8s内逐秒点亮1个LED，9-16s内逐秒点灭1个LED。
（2）弹载控制器接口实验案例模型ControllerInterfaceTest.slx，实现对加速度计、陀螺仪、舵机、I/O端口的逻辑控制与状态监测。其默认逻辑为：
（1） 系统综合实验案例模型，包括数学仿真模型和半实物仿真模型，实现对GNC系统的仿真评估，其案例飞行任务剖面如下图所示，详见《无人飞行控制系统实验教程》。
其中，数学仿真模型主要由ACEToolBox的设计模型库搭建而成，用于在MATLAB平台进行设计与仿真评估，包括：
l 标准弹道设计与仿真评估模型StandardTraj.slx
l 制导律3DOF仿真评估模型GuidanceSimplified.slx
l 制导律6DOF仿真评估模型Guidance.slx
l 制导控制律综合仿真评估模型GuidanceControl.slx
半实物仿真模型在数学仿真的基础上，增加GNC硬件在回路的各种模式的仿真，用于在ACE软硬件平台进行设计与仿真评估，包括：
l 控制器在回路的仿真模型ControllerInLoopSimulation.slx
l 控制器+舵机在回路的仿真模型ControllerAndServoInLoopSimulation.slx
l 控制器+陀螺在回路的仿真模型ControllerAndGyroInLoopSimulation.slx
l 控制器+舵机+陀螺在回路的仿真模型ControllerAndServoAndGyroInLoop Simulation.slx
l 此外，半实物仿真模型还根据是否开环驱动舵机和转台，衍生了以下模型：
l 控制器在回路、开环驱动舵机的仿真模型ControllerInLoopWithServo Simulation.slx
l 控制器在回路、开环驱动转台的仿真模型ControllerInLoopWithGyro Simulation.slx
l 控制器在回路、开环驱动舵机及转台的仿真模型ControllerInLoopWithServo GyroSimulation.slx
l 控制器+舵机在回路、开环驱动转台的仿真ControllerAndServoInLoopWithGyro Simulation.slx
l 控制器+陀螺在回路、开环驱动舵机的仿真模型ControllerAndGyroInLoopWith ServoSimulation.slx
自主建模说明
请使用ACEToolBox工具包模块库的模块进行自主建模，可参见系统配套的案例模型。其中，硬件在回路的仿真需要注意以下内容：
（1） 设置定步长仿真，仿真周期在10ms（含）以上；若为连续型模型，解算算法取ode4（Runge-Kutta）法，若为离散型模型，解算算法取discrete（no-continuous-states）法；
（2） 用户自编Simulink模型必须可单机调试运行成功，才能下载用于实验；可查看模型的编译状态，按下“Ctrl+D”，检验模型是否存在问题，如果未报错则模型正常，再进行下一步操作。
（3） 出现类似以下警告不影响模型的正常运行：
Warning: Matching "Goto" for "From" '……/Initialization/LEDCommand' not found
Warning: Matching "Goto" for "From" '……/Initialization/ServoCommand' not found
（4） 有硬件接口模块的Simulink模型中，必须有且只能有一个初始化模块“Initialization”；在同一个Simulink模型中，以下硬件接口模块最多只能有1个：
序号 | 模块名称 | 模块功能 | 备注 |
1 | Initialization | 系统硬件初始化 | |
2 | ServoCommand | 向舵机发送舵机控指令 | |
3 | LEDCommand | 向LED发送时序控制指令 | |
4 | LEDScope | 时序状态监测模块 | |
5 | TurntableScope | 转台驱动模块 |
（5） 信号记录说明：仿真过程中，若需监测或保存模型中的某个信号，将该信号接入信号监测模块ACEScope即可；
（6） 信号命名规则：接入信号监测模块ACEScope的信号是以输入该ACEScope模块的前一个模块的路径名命名的，为方便在实验过程中用户监测和实验后的数据分析，请尽量规范模块命名，特别是ACEScope模块的前一个模块和上级模块的命名；在弹载控制器接口实验和系统综合实验中，数据保存时，表头为信号简化的路径名称，软件另外自动保存了同名的完整路径名称；
（7）配置“Parameters Setup”与模型变量关联，以便上位机实时更改参数。请注意：参数名称不能够使用数字和关键字。Parameters Setup会在当前模型目录下生成两个文件“.sldd”和“…_gui.xml”请确保这两个文件与模型存在于同一目录下，否则模型编译会出错。
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