SE513330C2

SE513330C2 - Method of simulating a real robot by means of a robot simulator when testing an aircraft system comprising a weapon system

Info

Publication number: SE513330C2
Application number: SE9801736A
Authority: SE
Inventors: Lars-Olof Oehberg; Bernt-Ove Hedman
Original assignee: Saab Ab
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2000-08-28
Also published as: WO1999060326A1; DE69914474T2; SE9801736L; EP1078214A1; ES2214858T3; DE69914474D1; EP1078214B1; ATE258674T1; SE9801736D0

Abstract

A method for simulating an actual missile, by means of a missile simulator, aircraft system which comprises a weapons system (1), where the missile is controlled from the weapons system (1) by a error signal (6) in a control loop by means of the said error signal (6) positioning a target seeker in the missile and through the sending back of the target seeker's position to the weapons system via an actual value signal (8), where a) the target seeker in the missile is commanded by the weapons system (1) to adopt a predetermined position, b) the missile simulator measures the control loop's error signal (6), generates an actual value for the position of the target seeker and sends the actual value (8) to the weapons system (1), c) the weapons system (1) calculates a new error signal (6) for the control loop and where d) steps b to c are repeated during the test. By using the method, an actual missile is not needed during the testing.

Description

10 15 20 25 30 35 513 330 2. 10 15 20 25 30 35 513 330 2.

Det är naturligtvis opraktiskt att behöva hantera robotar på detta sätt för att kunna åstadkomma en utprovning av systemen med alla dess funktioner.Of course, it is impractical to have to handle robots in this way to be able to perform a test of the systems with all its functions.

Det är också känt att simulera en robot genom att göra en diskret mätning på kommandosigna- len från vapensystemet till roboten och att funktionsmässi gt efterlikna roboten och sända till- baka en simulerad ärvärdessignal till vapensystemet. En svårighet vid en sådan förenklad si- mulering är att kunna mäta kommandosignalen och tolka den på samma sätt som roboten gör.It is also known to simulate a robot by making a discrete measurement on command signals. from the weapon system to the robot and to functionally mimic the robot and send bake a simulated actual value signal to the weapon system. A difficulty with such a simplified si- mulation is to be able to measure the command signal and interpret it in the same way as the robot does.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En aspekt av uppfinningen utgörs av en metod specificerad i det oberoende patentkravet l.DESCRIPTION OF THE INVENTION One aspect of the invention is a method specified in independent claim 1.

Simuleringen av en robot enligt uppfinningsaspekten medger kontinuerlig mätning av kommandosignalen i ﬂygplanets system.The simulation of a robot according to the inventive aspect allows continuous measurement of the command signal in the eyepiece system.

Principen för simuleringen av roboten framgår kortfattat av följande: I ﬂygplanets vapensystem inkommer en signal med kommenderat läge för robotens mål- sökare till en summator. Till nämnda summator inkommer även signalen för aktuellt läge hos målsökaren i roboten. Som utsignal från summatom erhålls en felsignal motsvarande avvikel- sen mellan kommenderat läge ocn aktuellt läge. Felsignalen används som styrsignal för målsökaren.The principle for the simulation of the robot is briefly stated in the following: The ﬂ eye plane's weapon system receives a signal with a commanded position for the robot's target applicant for a summator. The said summator also receives the signal for the current position of the target finder in the robot. As an output signal from the sum atom, an error signal corresponding to the deviation then between commanded mode and current mode. The error signal is used as a control signal for the target seeker.

Vid simulering av robot passerar felsignalen först ett hårdvarugränssnitt som anpassar felsignalen till en datormodell för robotens målsökare. Från gränssnittet sänds till datormodellen felet i amplitud och vinkel för vektom som anger riktningen till målet. I datormodellen simuleras den verkliga robotens uppträdande, varefter ett simulerat aktuellt värde för amplitud och vinkel hos målsökarens läge sänds åter till gränssnittet, där en ärvärdessignal anpassad till vapensystemet skapas. Nämnda ärvärdessignal inverteras för att ge ett negativt bidrag när ärvärdessignalen läggs till i summatom som nämnts.When simulating a robot, the error signal first passes a hardware interface that adapts the error signal to a computer model for the robot's target finder. From the interface is sent to the computer model the error in the amplitude and angle of the vector indicating the direction to the target. IN the computer model simulates the behavior of the real robot, after which a simulated current value for amplitude and angle of the target's position is sent back to the interface, where a actual value signal adapted to the weapon system is created. Said actual value signal is inverted to make a negative contribution when the actual value signal is added to the sum atom mentioned.

Under simuleringen har man tidskontinuerliga signaler före gränssnittet och tidsdiskreta signaler efter gränssnittet, där dessa signaler matas till datormodellen. Den verkliga roboten 10 15 20 25 30 35 513 330 57 arbetar endast med tidskontinuerliga signaler. De tidsdiskreta signalema erhålls genom en sampling av de inmatade tidskontinuerliga signalema. Det är härvid av betydelse att signalema vid samplingstidpunkterna så nära som möjligt antar de värden som de gör i det verkliga tidskontinuerliga systemet vid motsvarande tidpunkter samt att brus och stömingar dämpas..During the simulation, you have time-continuous signals before the interface and time discrete signals after the interface, where these signals are fed to the computer model. The real robot 10 15 20 25 30 35 513 330 57 works only with time-continuous signals. The time discrete signals are obtained by a sampling of the input time-continuous signals. It is important here that the signals at the sampling times as close as possible assume the values they make in it real time-continuous system at corresponding times as well as noise and disturbances dampened ..

Verkligt läge (ärvärde) hos målsökaren låter sig enkelt registreras med den framlagda metoden, då detta ärvärde skapas i en dator. Vid användning av en verklig robot vid utprovningen måste man mäta på ärvärdet i stället. Detta är ej önskvärt, eftersom det är just denna mätning i vapensystemet som bl a verifieras med hjälp av uppfinningsaspekten.The actual position (actual value) of the target applicant can easily be registered with the submitted one method, when this actual value is created in a computer. When using a real robot at the test must be measured on the actual value instead. This is not desirable, because it is just this measurement in the weapon system which is verified, among other things, by means of the inventive aspect.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar schematiskt principen för uppbyggnaden av den utrustning som används vid simulering av en robot enligt uppfinningsaspekten.DESCRIPTION OF FIGURES Figure 1 schematically shows the principle for the construction of the equipment used in simulation of a robot according to the inventive aspect.

Figur 2a och 2b återger hur målsökarens lägen representeras grafiskt BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Ett antal exempel av den beskrivna uppfinningsaspekten beskrivs nedan med stöd av ﬁgurema.Figures 2a and 2b show how the target viewer's positions are represented graphically DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A number of examples of the described inventive aspect are described below with reference to ﬁ gurema.

Figur 1 visar ett block som utgör ﬂygplanets vapensystem 1. Detta innefattar en summator 2 till vilken summator 2 inkommer en kommandosignal 3 som anger läge för målet. Till summatom 2 inkommer även en ärvärdessignal 4 från robotmodellen 5, vilken simulerar robotens funktion vid målinvisning. Ärvärdessignalen 4 teckenändras i ett gränssnitt 7 som representeras av block 7 i figuren. kommer en differens mellan kommenderat läge och aktuellt läge för robotsimulatoms målsökare att bildas, där denna differens används som felsignal 6 till robotmodellen 5. Felsignalen 6 till gränssnittet 7 är en kontinuerlig signal, vilken samplas i gränssnittet 7 och ger samplade värden för avvikelsen AA i amplituden och 10 15 20 25 30 513 330 LI. avvikelsen Atp hos fasvinkeln. Dessa två värden är tidsdiskreta värden. Från robotmodellen 5 sänds åter till gränssnittet 7 aktuella värden för den simulerade målsökarens läge i form av amplituden A och fasvinkeln (p. Dessa värden omvandlas i gränssnittet 7 till den nämnda tidskontinuerliga ärvärdessignalen 4, vilken återförs till vapensystemets 1 summator 2. Från gränssnittet 7 sänds till vapensystemet 1 även en referenssignal 8.Figure 1 shows a block which constitutes the eyepiece's weapon system 1. This comprises a summator 2 to which the summator 2 receives a command signal 3 indicating the position of the target. To the sum 2 also receives an actual value signal 4 from the robot model 5, which simulates the robot's function when targeting. The actual value signal 4 character changes in an interface 7 which represented by block 7 in the figure. there will be a difference between commanded mode and current mode for the robot simulator's target finder to be formed, where this difference is used as error signal 6 to the robot model 5. The error signal 6 to the interface 7 is a continuous signal, which is sampled in the interface 7 and gives sampled values for the deviation AA in the amplitude and 10 15 20 25 30 513 330 LI. the deviation Atp at the phase angle. These two values are time-discrete values. From the robot model 5 is sent back to the interface 7 current values for the simulated target viewer's position in the form of the amplitude A and the phase angle (p. These values are converted in the interface 7 to the one mentioned) time-continuous actual value signal 4, which is returned to the weapon system summator 2. From the interface 7 is sent to the weapon system 1 also a reference signal 8.

De olika signalerna ges av: verkligt läge: S = Asin((ot + (p) kommenderat läge: SC = AC sin(a)t + (pc) = (A + AA) sin(u)t + cp + Acp) referenssignal: Ar sin(u)t) felsignal: A = SC ~ S predikterad p radianer, dvs A=A°sin(m++py Genom att i gränssnittet 7 mäta på felsignalen 6 och genom att utnyttja att ärvärdet är känt be- stäms AA och Atp så bra som möjligt. Detta kan göras på olika sätt. Det enklaste är att mäta A vid två tidpunkter, t ex när signalen S har sitt maximum och när signalen S går genom noll på en viss ﬂank och att sedan ur de två samband som erhålls lösa ut AA och Acp. Ett annat sätt år att använd en mätmetod med en medelvärdesbildning. Här beskrivs hur korrelationsmetoden används.The different signals are given by: actual mode: S = Asin ((ot + (p)) commanded mode: SC = AC sin (a) t + (pc) = (A + AA) sin (u) t + cp + Acp) reference signal: Ar sin (u) t) error signal: A = SC ~ S predicted on radians, ie A = A ° sin (m ++ py By measuring the error signal 6 in the interface 7 and by using that the actual value is known, sue AA and Atp as well as possible. This can be done in different ways. The simplest is to measure A at two times, for example when the signal S has its maximum and when the signal S goes through zero on a certain ﬂ ank and then to trigger AA and Acp from the two relationships obtained. Another way year to use a measurement method with an average value formation. Here is how the correlation method is described used.

Ur felsignalen 6 bildas två nya signaler enligt Asin = A x sin(tøt + (p) Acos = A x cos(o)t + (p) vilka båda funktioner integreras och därvid ger de båda integralerna Zulu) Zulu» I1= I Asindt och I2= I Awsdt 0 O Ur 11 och 12 löses sedan AA och Atp ut. 10 15 20 25 30 513 330 5.From the error signal 6, two new signals are formed according to Asin = A x sin (tøt + (p) Acos = A x cos (o) t + (p) which both functions are integrated and thereby provide the two integrals Zulu) Zulu » I1 = I Asindt and I2 = I Awsdt 0 O AA and Atp are then released from 11 and 12. 10 15 20 25 30 513 330 5.

Genom härledning erhålls A _ aian2(T,N)-p Om (T)2+(N)*>k ip" 0.0 i övriga fall där T = (012 + rtAsinp samt N = (011 + ïtAcosp och a) [l + fzAcos p frcos(Arp + p) a) [Z + mâsin p 7rsin(A(p + p) om |s1n(Aq> + p)| < 05 i övriga fall Praktiskt kan en numerisk metod till gripas för att beräkna integralerna. I metoden enligt uppfinningen används i gränssnittet 7 en approximation medelst summor. Summeringen sker i exemplet i 512 punkter jämnt fördelade över periodtiden. En sådan approximation ger tillräckligt goda resultat. Eftersom integrationen sker över en hel period av signalen tar det följaktligen en viss tid från det att insignalen till gränssnittet 7 läggs på tills dess att utsignal från gränssnittet 7 finns tillgänglig. Detta leder bl a till att man får en fördröjning av en sampelperiod vid simulering av målsökarens läge.By derivation obtained A _ aian2 (T, N) -p Om (T) 2+ (N) *> k ip "0.0 i other cases where T = (012 + rtAsinp and N = (011 + ïtAcosp and a) [l + fzAcos p frcos (Arp + p) a) [Z + mâsin p 7rsin (A (p + p) om | s1n (Aq> + p) | <05 in other cases In practice, a numerical method can be used to calculate the integrals. In the method according to the invention is used in the interface 7 an approximation by means of sums. The summation takes place in the example in 512 points evenly distributed over the period. Such an approximation gives good enough results. Because the integration takes place over an entire period of the signal, it takes consequently a certain time from the time the input signal to the interface 7 is applied until the output signal from interface 7 is available. This leads, among other things, to a delay of one sample period when simulating the target viewer's position.

Det är naturligtvis möjligt att utnyttja andra matematiska metoder än korrelationsmetoden ovan. Den visade korrelationsmetoden har dock visat sig fungera mycket väl, speciellt har denna metod visat sig fördelaktig genom att den undviker problem med känslighet för störningar.It is of course possible to use other mathematical methods than the correlation method above. However, the correlation method shown has proven to work very well, especially has this method has proven beneficial in avoiding problems with sensitivity to disturbances.

Genom användning av den visade korrelationsmetoden har man fått fram hur målsökarens verkliga läge skiljer sig från det kommenderade. Vad som återstår är att analysera hur målsökaren reagerar för felet och att simulera detta. Fig. 2a visar definitionen för målsökarens lägesvektor S i ett tredimensionellt koordinatsystem med x-axeln pekande rakt framåt i förhållande till ﬂygplanet, där vinkeln Ä visar lägesvektoms vinkel i förhållande till x-axeln och Ö visar lägesvektoms vinkel i förhållande till y-axeln med lägesvektom projicerad till yz- planet. Ifiguren 2b anges målsökarens verkliga läge med vektom S0 och dess kommenderade läge med S°. Vinkeln mellan dessa vektorer 110 kan kallas för felvinkeln och denna ska minimeras.By using the correlation method shown, it has been found out how the target seeker actual mode differs from the commanded. What remains is to analyze how the target finder responds to the error and to simulate this. Fig. 2a shows the definition of the target seeker position vector S in a three-dimensional coordinate system with the x-axis pointing straight ahead in relation to the ﬂ-plane, where the angle Ä shows the angle of the position vector in relation to the x-axis and Ö show the angle of the position vector relative to the y-axis with the position vector projected to the y planet. Figure 2b shows the actual position of the target finder with the vector S0 and its commander position with S °. The angle between these vectors 110 can be called the error angle and this will minimized.

En matematisk behandling av dessa vektorer leder till sambanden 10 15 20 25 513 330 g.. xo cosAo xc cos AC i . ___ C .A mathematical treatment of these vectors leads to the connections 10 15 20 25 513 330 g .. xo cosAo xc cos AC i. ___ C.

S0- yo = smAocoupo och SC= y = sinAccosfpc zo sin A0 sin çoo z” sin AC sin (pc Felets storlek ges av d=|sf-s0|=\/(x°-x0)2 +(y°-y0)2+(z°-z0)2 som sedan räknas om till en felvinkel _ d ng = Zasinï.S0- yo = smAocoupo and SC = y = sinAccosfpc zo sin A0 sin çoo z ”sin AC sin (pc The size of the error is given by d = | sf-s0 | = \ / (x ° -x0) 2 + (y ° -y0) 2+ (z ° -z0) 2 which is then converted to an error angle _ d ng = Zasinï.

Under en sampelperiod hinner felvinkeln ändras till T] :noeizsxoﬂz om ng S 1° ,eller till n O T] =T'|0- 25-Û.Û2š Om H0> l .During a sample period, the error angle has time to change to T]: noeizsxo ﬂ z if ng S 1 °, or till n O T] = T '| 0- 25-Û.Û2š Om H0> l.

Det nya aktuella läget blir _ ___ sinmo-n) Sc-S_0 om 110 > l° , eller °+sin(n/2+n-n0/2)' d š=s_0+(1-e'25x°~°2)(sC-§) om n0s1° Denna vektor förlängs så att en enhetsvektor erhålls IW š: Vi! Därefter görs övergång till polära kordinater igen 2 A=a:an2( y +z2,x) fP =ﬂïﬂn2(2ï,>')- När målsökaren ställer in sig sker det så att S0 rör sig i ett plan mot Sc, dvs vektorns spets följer en storcirkel. Målsökaren kan dock inte röra sig hur fort som helst, utan den tar en viss fi, 5 10 513 350 .z tid på sig för att kunna ställa in sig. Det finns alltså två villkor på målsökarens rörelse, dels ska rörelsen ske i ett plan, dels har den begränsad hastighet. Dessa omständigheter är beaktade vid härledningen av sambanden enligt ovan.The new current situation will be _ ___ sinmo-n) Sc-S_0 about 110> 1 °, or ° + sin (n / 2 + n-n0 / 2) 'd š = s_0 + (1-e'25x ° ~ ° 2) (sC-§) om n0s1 ° This vector is extended to obtain a unit vector IW š: We! Then the transition to polar coordinates is made again 2 A = a: an2 (y + z2, x) fP = ﬂ ï ﬂ n2 (2ï,> ') - When the target finder adjusts, it happens so that S0 moves in a plane towards Sc, ie the tip of the vector follows a great circle. However, the target seeker can not move as fast as he wants, but it takes a certain amount fi, 5 10 513 350 .z time to adjust. There are thus two conditions on the plaintiff's movement, one the movement must take place in one plane, and it has a limited speed. These circumstances are taken into account in deriving the relationships as above.

Claims

5 10 15 20 25 30 35 s 513 330 CLAIMS Method for simulating a real robot by means of a robot simulator when testing a plane plane system comprising a weapon system (1), where the robot is controlled from the weapon system (1) via an error signal (6) in a control loop by said error signal (6) setting a target finder in the robot and by sending the target finder's position back to the weapon system via an actual value signal (8), characterized in that the method comprises steps a) the target finder in the robot is commanded from the weapon system (1) to take a predetermined position, b) the robot simulator measures the error signal (6) of the control loop, generates an actual value for the position of the target finder and sends the actual value (8) to the weapon system (1), c) the weapon system (1) calculates a new error signal (6) for the control loop, d) the steps b to c are repeated during the test. Method according to claim 1, characterized in that the error signal (6) is measured continuously in an interface (7) and that sampled values for the error in amplitude (A) and the error in phase angle (cp) are indicated by the difference between the vector (SC) indicating the position for a commanded target and vector (S0) indicating the target seeker's actual value is determined and sent to a robot model (5) in the robot simulator. Method according to claim 2, characterized in that the robot model (5) for each sampled value of the error signal (6) calculates a new current value (_57) at the position of the target finder and sends this current value (š) back to the interface (7) in the form of actual value for the position vector amplitude (A) and the position vector phase angle (cp). Method according to claim 3, characterized in that the interface (7) recreates a continuous actual value signal (8) from actual values for amplitude (A) and phase angle (tp) obtained from the robot model (5). Method according to Claim 4, characterized in that the interface (7) inverts the actual value signal (8). (h. 10 513 336 "L Method according to claim 5, characterized in that the error signal (6) is created in a summator (2) in the weapon system (I) by forming the sum of the signal from the weapon system (1) indicating the position of a commanded target and the inverted actual value signal (8) in a summator (2).