实施方式最终转化的VHDL语言采用32位浮点运算对飞轮模型进行求解，可W 在很短的时间内得到精确的飞轮模型解算。
[0041] 【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于化P Builder的卫 星飞轮模拟器实现方法的进一步说明，步骤一中所述的四阶龙格库塔模型由W下八个公 式构成：
[0050]其中，h为积分步长，ω为飞轮转速，Kt为飞轮电机力矩系数，Κν为飞轮粘性摩擦系 数，Ke为飞轮反电势系数，U为飞轮控制电压，R为飞轮内阻，Td为飞轮阻力转矩，J为飞轮转动 惯量，sign为符号函数运符，Κι~K4为中间变量，tn和tn+汾别为η时刻和n+1时刻，ω η和ω n+1 分别为η时刻飞轮转速和n+1时刻飞轮转速。
【具体实施方式】 [0051] Ξ、本实施方式是对一或二所述的基于化P Builder 的卫星飞轮模拟器实现方法的进一步说明，步骤一中所述的Simulink环境下的飞轮四阶龙 格库塔模型建模的具体过程：
[0052] 根据飞轮数学模型微分方程，得到如下公式：
(8)
[0化3]
[0054]由公式3可知，Κι的值为把飞轮初始值〇n、tn代入公式8求得的值，所WKi运算模块 即把初值Wn、tn输入给函数f(t，ω )所得的运算方程；由公式4可知，K2的值为把
、tn代入公式8求得的值，所WK2为Κι的值减去:1
的乘积；同理， Κ3的值为巧
，tn代入公式8求得的值，目化3为Κι的值减去
的乘 积;Κ4的值为把（Wn+hK3)、tn代入公式8求得的值，即Κ4为Κι的值减去
与船的乘 积；
[005引在Simulink环境下，按照四阶龙格库塔法的运算步骤，用图形方式调用Dsp Builder和其他Simulink库中的图形模块，按照公式1~公式8计算Κη(η = 1、2、3或4)运算 模块和ω n+1运算模块五个部分，完成飞轮模型的一次解算；各运算模块之间的关系如图1 示;至此，完成了 Simul ink环境下的飞轮四阶龙格库塔模型建模。
【具体实施方式】 [0056] 四、本实施方式是对一至Ξ之一所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法的进一步说明，步骤一中所述的Simulink环境下的飞 轮四阶龙格库塔模型仿真过程为：
[0057] 利用Simulink的图形化仿真，给定四阶龙格库塔模型的输入，验证输出结果正确， 完成模型仿真。
[005引【具体实施方式】五、本实施方式是对【具体实施方式】一至四之一所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法的进一步说明，步骤二的具体过程如下：
[0059] 在完成5;[1]1111;[证环境下的飞轮龙格库塔模型的建模之后，通过51旨]1曰1(：〇1119；[161'把 第一步实现的Simulink的飞轮龙格库塔模型文件，后缀为mdl，转化成通用的硬件描述语言 VHDL文件W及用于控制综合与编译的tcl脚本;转换获得的皿L文件是基于RTL级的，即可综 合的V皿L描述。
【具体实施方式】 [0060] 六、本实施方式是对一至四之一所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法的进一步说明，步骤Ξ的具体过程如下：
[0061 ] 在如artusll环境下用verilog硬件描述语言编写顶层模块，分配输入/输出端口， 调用由飞轮龙格库塔mdl模型文件转化成的VHDL硬件模块，实现飞轮龙格库塔的迭代过程， 即把飞轮在步骤一中一次解算生成的Wn+l、tn+l赋给初始值Wn、tn，依次往下进行迭代运算， 最终实现飞轮龙格库塔模型的解算，飞轮龙格库塔解算过程示意图如图2所示。
【主权项】
1. 基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于它按以下步骤进行： 一、 在Simulink环境下采用图形化的建模方法搭建飞轮四阶龙格库塔mdl文件模型，进 行Simulink环境下的飞轮四阶龙格库塔模型建模及仿真； 二、 把在Simulink环境下搭建的后缀为mdl飞轮四阶龙格库塔模型，转化成通用的硬件 描述语言VHDL文件，进行硬件描述语言转化； 三、 在QuartusII环境下用verilog语言编写顶层模块，分配输入输出端口，调用由飞轮 龙格库塔mdl模型文件转化成的VHDL硬件模块，实现飞轮龙格库塔模型的解算。2. 如权利要求1所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于步骤 一中所述的四阶龙格库塔模型由以下八个公式构成： ' J其中，h为积分步长，ω为飞轮转速，Kt为飞轮电机力矩系数，Kv为飞轮粘性摩擦系数，K e 为飞轮反电势系数，U为飞轮控制电压，R为飞轮内阻，Td为飞轮阻力转矩，J为飞轮转动惯 量，sign为符号函数运符，为中间变量，t4Pt n+1分别为η时刻和n+1时刻，ω "和ω n+1分 别为η时刻飞轮转速和n+1时刻飞轮转速。3. 如权利要求2所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于步骤 一中所述的Simulink环境下的飞轮四阶龙格库塔模型建模的具体过程： 根据飞轮数学模型微分方程，得到如下公式：(8) 由公式3可知，h的值为把飞轮初始值con、tnR入公式8求得的值，所以h运算模块即把 初值《n、tn输入给函数f(t，ω )所得的运算方程；由公式4可知，心的值为把(? +|X1)、^代 入公式8求得的值，所以以为^的值减去·(& +反与的乘积；同理，K3的值为把 R 2 ,(? +|l2)、1代入公式8求得的值，即K3为心的值减去d 与的乘积;K4的值 为把（ω n+hK3)、1代入公式8求得的值，即K4为&的值减去(f. +K f)与hK3的乘积； 在Simulink环境下，按照四阶龙格库塔法的运算步骤，用图形方式调用Dsp Builder和 其他Simulink库中的图形模块，按照公式1~公式8计算Kn(n = 1、2、3或4)运算模块和ωη+ι 运算模块五个部分，完成飞轮模型的一次解算；即完成了Simulink环境下的飞轮四阶龙格 库塔模型建模。4. 如权利要求3所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于步骤 一中所述的Simulink环境下的飞轮四阶龙格库塔模型仿真过程为： 利用Simulink的图形化仿真，给定四阶龙格库塔模型的输入，验证输出结果正确，完成 模型仿真。5. 如权利要求4所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于步骤 二的具体过程如下： 在完成Simulink环境下的飞轮龙格库塔模型的建模之后，通过SignalCompiler把第一 步实现的Simulink的飞轮龙格库塔模型文件，后缀为mdl，转化成通用的硬件描述语言VHDL 文件以及用于控制综合与编译的tel脚本;转换获得的HDL文件是基于RTL级的，即可综合的 VHDL描述。6. 如权利要求5所述的基于Dsp Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，其特征在于步骤 三的具体过程如下： 在QuartusII环境下用verilog硬件描述语言编写顶层模块，分配输入/输出端口，调用 由飞轮龙格库塔mdl模型文件转化成的VHDL硬件模块，实现飞轮龙格库塔的迭代过程，即把 飞轮在步骤一中一次解算生成的ω n+1、tn+1赋给初始值ω n、tn，依次往下进行迭代运算，最终 实现飞轮龙格库塔模型的解算。
【专利摘要】基于Dsp？Builder的卫星飞轮模拟器实现方法，涉及卫星测试领域。本发明为解决传统卫星飞轮模型的解算方法存在求解精度不高,求解速度慢的问题。本发明按以下步骤进行：一、在Simulink环境下采用图形化的建模方法搭建飞轮龙格库塔mdl文件模型，进行飞轮龙格库塔模型建模及仿真；二、把在Simulink环境下搭建的后缀为mdl飞轮龙格库塔模型，转化成通用的硬件描述语言VHDL文件；三、在QuartusII环境下用verilog语言编写顶层模块，分配输入/输出端口，调用转化后的VHDL硬件模块，实现飞轮龙格库塔模型的解算。本发明适用于卫星测试领域。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105631108
【申请号】CN201510990005
【发明人】赵光权, 李君宝, 孙学聪, 李化义, 刘欢, 徐帅, 闫冰清
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月24日