導航控制系統 (GNC) 和航電設備


使用 MathWorks 工具的模型化基礎設計,我們不僅對控制演算法,還對物理硬體進行模擬。通過自動生成控制軟體和測試平臺的程式碼,我們縮短了開發時間並快速進行設計修改,我們將模擬和測試結果視覺化,這使我們對最終轉檔並執行的設計充滿信心。
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使用MATLAB 和 Simulink,控制工程師無需借助昂貴的原型,便可在系統實現前使用物件模型對控制演算法進行模擬,從而開發出複雜的設計。這些產品可協助控制工程師針對多個物理配置進行設計,諸如衛星之公共匯流排架構設計以及聯合殲擊機 (JSF) 的三種機型(傳統著陸型、短著陸型和航空母艦著陸型)設計。工程師可以在同一個環境內開展以下工作:

快速分析資料並自訂分析工具
工程師可使用 MATLAB 對百萬兆的飛行和遙測資料(比如飛行器軌道和引擎溫度)進行快速的統計分析、信號處理、地圖和影像處理。他們可開發出能夠與團隊共用的自訂資料分析應用程式。通過充分發揮多核心電腦的優勢,工程師能提高資料分析的處理速度,最終節省大量的計算時間。

NASA 透過MathWorks的模型化基礎設計,讓X-43A 超音速衝壓噴氣發動機的速度達到破紀錄的 10 馬赫

美國空軍和海軍加速測試資料分析的速度


NASA 透過MathWorks的模型化基礎設計,讓X-43A 超音速衝壓噴氣太空梭的速度達到破紀錄的 10 馬赫
“這是我們第一次進行自動駕駛的試飛工作,結果令我們吃驚,這個飛行器從未這樣飛行過,MathWorks的工具幫助我們設計和實現整個控制系統,保持飛行器在整個航程中穩定飛行。”Dave Bose,Analytical Mechanics Associates

可產生已優化且可重複使用的導航控制之設計和程式碼
航空和國防行業的開發團隊必須遵守嚴格的軟體品質安全要求。他們依賴以模型為基礎的設計,通過將這些需求應用於設計、程式碼和測試案例,在開發早期階段進行測試以及重覆使用測試案例,來減少導航控制飛行軟體的潛在錯誤。結果,他們開發出的優化程式碼,其產生的錯誤遠比採用傳統手動編碼方法所開發出來的程式碼更少。

ESA 的首顆探月衛星採用自動生成的飛行代碼成功繞月球軌道飛行
嵌入式控制系統基於模型的設計

歐洲航太總署透過自動產生飛行程式碼,進行首次登月與月球衛星軌道任務
歐洲航太總署必須在很短的時間內以最低的成本,開發出第一次探月任務的解決方案,他們使用MathWorks的工具,模型化基礎設計去建立模型、模擬和產生程式碼,並測試飛行程式碼,結果減少50%的系統開發時間,改進過程的效率,並產生高效率的程式碼

我們在很短的時間內,用非常低的預算成功地開發了SMART-1 AOCS,對此一成功,MathWorks的模擬和自動產生飛行程式碼的工具,扮演了重要的關鍵角色,並將成為我們未來衛星研發計畫的基礎方案,例如Prisma,
Per Bodin, 瑞士航太公司


針對高可靠性系統,簡化DO-178B 認證

MATLAB 和 Simulink 模型化基礎設計,可進行需求跟蹤、分析和穩健性測試,並自動產生研究報告,從而幫助工程師遵循嚴格的關鍵標準,例如 DO-178B。

Honeywell 公司將設計時間減少 60%
符合DO-178B 標準的基於模型的設計


“透過Simulink以及C程式碼產生器(Real-Time Workshop),我們發現我們可以在半天內完成以前至少需花費一個星期或更長時間的工作,這很明顯達成五至一倍的工作改善”
Wayne King, Honeywell

 

軍事指揮作業系統(C4ISR**)

**註::4ISR是一個軍事指揮作業系統的概念,以資訊與通信技術為核心,將作戰中所涉及的多項工作的顯示、控制、及指揮,以自動化的方式加以整合,分別是:Command, Control, Communication, Computer, Intelligence, Surveillance, Reconnaissance(指揮、管制、通信、電腦、情報、監視、偵察),C4ISR,即七個英文單字的簡寫。

SELEX Sensors and Airborne Systems
有了模型化設計的 MathWorks 工具,我們在提高類比速度的同時減少了類比的不確定性,在不增加軟體開銷的前提下實現了軟體功能,並能建立快速原型而不需要專屬硬體。

使用 MATLAB 和 Simulink 後,專家們能夠在同一個研發環境中跨多個領域(包括數位基頻、類比和混合信號以及射頻)協作開展 C4ISR 設計研究。並且他們能將子系統設計進行整合以優化高階的性能特性,如端到端系統誤碼率 (BER)。使用 MathWorks 的模型化基礎設計,能夠實現可靠的硬體設計和驗證流程,同時還能獲得記錄詳盡的報告文檔,便於遵循高可靠性標準(例如DO-254)。

在實現前進行系統建模並驗證設計
工程師可在 MATLAB 和 Simulink 中建立多領域系統級模型,並在構建原型前對通訊、監測及偵察系統性能進行驗證。藉由對模型進行反覆的模擬,他們能夠驗證設計需求的性能,例如資料傳輸率或BERs是否符合範圍內的信號與噪音的比率。

BAE Systems 使用模型化基礎設計,將軟體無線電開發時間縮短 80%
開發軟體無線電系統

BAE Systems 使用模型化基礎設計,將軟體無線電開發時間縮短80%
若使用我們的傳統設計流程,將花費一個擁有多年VHDL 編碼經驗的工程師645小時,去為一個功能齊全的SDR波形進行手動程式編碼。而第二位工程師經驗有限,但同樣的工作,使用Simulink和Xilinx System Generator,卻可在不到46小時內 完成同一個工作。”
Dr. Haessig,BAE系統公司

在設計和實現間快速反覆運算
工程師能使用 MATLAB 和 Simulink 在同一個環境中完成演算法開發和實現。通過此方法工程師能夠在實現的各階段(浮點到定點的轉換、時序分析和 C 或 HDL 編碼)對設計更改進行快速反覆運算。

Lockheed Martin 公司開發出可重新配置之太空級數位通道分離器
使用 DSP 和FPGA 硬體實現 GPS 接收器

Lockheed Martin 公司開發出可重新配置之太空級數位通道分離器
藉由 Simulink和其EDA模擬器連結工具(EDA Simulator Link),模擬和驗證均可在一個環境中進行。因此,我們可以測試整個設計,從終端到終端,不但提高設計品質,並能確保設計的準確性和有效性。” Bradford Watson, Lockheed Martin Space Systems

 

推進系統


美國空軍
我們需要找出測試資料出現異常的原因,以確定接下來的一天是否能夠飛行。但我們又沒有足夠時間用 C++ 來進行分析。 MATLAB 能夠幫助我們立即找到答案,因為它快速、簡便、直觀。

工程師能夠通過 MathWorks 產品為火箭、噴氣發動機和其它推進系統,設計出滿足嚴格燃料效率和性能要求的燃料控制系統。有了 MATLAB、Simulink 和 StateflowR,工程師能在同一個環境中模擬由於設計更改對整個系統的影響,快速地進行視覺化和引擎測試的分析結果。

整合燃料系統和 FADEC 設計
工程師藉由 MathWorks 工具將推進系統的所有核心元件(燃料網路、電氣系統和液壓系統)與引擎的複雜控制設計進行整合。不僅對全許可權數位發動機控制 (FADEC) 系統的感測器輸入建模的工作,還可以對 FADEC 用來管理燃料流的邏輯和控制演算法進行建模。這樣,他們便能在實現手寫或產生的飛行代碼前對設計進行分析評估,比如在節流閥活動性與控制精度和動態響應之間作出評估

渦輪機燃料指令選擇器的邏輯設計

充分利用燃料晃動分析的實驗資料
工程師使用 MATLAB 和 Simulink 來瞭解在飛行過程中燃料晃動對太空船穩定性的影響。他們將性原理模型與經驗模型結合起來分析旋轉的太空船中燃料晃動的章動效應。

GenCorp 公司解決了火箭燃料壓力的控制問題
在安柏瑞德航空航太大學對太空船的燃料晃動進行建模

GenCorp使用MATLAB和Simulink迅速而有效率地解決火箭燃料壓力控制的問題
設計火箭燃料箱的控制系統,以確保從水箱到渦輪之連續流動液態氧的壓力是一大挑戰,結果我們使用MATLAB和Simulink來進行建模、分析,並實現由一個系列流量調節閥(每個都是不同的孔口)所組成的控制系統。結果我們建立了一個有效率和符合成本效益的設計過程,且重點是在尋找解決辦法,而非修復程式碼。
我真無法想像若沒有MATLAB以及Simulink,這個問題該怎麼解決” Perry Stout, GenCorp Aerojet