半实物仿真技术基础及应用实践
半实物仿真在飞行模拟器中的应用资料
常用机载设备
• 自动定向机
测定飞机纵轴方向（航向）到地面导航台的相对方 位角 对飞机进行定位测量 引导飞机飞向导航台或飞离导航台 测定和指示电台方位角 抄收气象报告，进行定向和收听新闻和音乐 测量飞机离开地面的实际高度，不受气候条件影响
• 无线电高度表
• 指点信标接收机
接收地面指点信标发射台的信号
• 甚高频全向信标接收机
• DME测距机
提供飞机相对于地面发射台的磁方位角，确定飞机 位置 和地面测距信标台配合工作，提供所选信标台的斜 距 提供飞机相对地面台的方位和距离信息
• TACAN接收机
• 仪表着陆接收机
• OMEGA导航接收机
确定多个导航参数
与高度信息配合，引导飞机在能见度很低情况下着 陆
• 在飞机飞行控制半实 物仿真系统中，三轴 转台由仿真计算机中 飞行动力学数学模型 解算出的俯仰角、倾 斜角、航向角等基本 信号驱动。仿真实验 时，飞行控制系统的 水平姿态陀螺、航向 陀螺、角速率陀螺安 装在三轴转台上。
2.2、动-静压模拟器
• 这是一种由伺服系统控制气体容器压力变化的装置，控制 信号由仿真计算机中大气数学模型和飞行动力学数学模型 解算获得，飞机上的动-静压传感器直接与其体容器连接。
2、控制系统半实物仿真 • 传感器
姿态陀螺仪 航向陀螺仪 动静压传感器 过载传感器等
• 物理效应设备
三轴转台 动静压模拟器 加速度模拟器 负载模拟器
2.1、三轴转台
三轴转台用来模拟复现弹体或 机体的空间角运动 框架系统有三个框架（分别为 内、中、外框架）。内框架通 过外框、中框和自身的转动， 具有三个角运动的自由度 在内框上安装真实的角运动传 感器，可测出与实际飞行中相 同的角运动 三个框架的转角对应于欧拉角 ，也即姿态角，可以有不同的 顺序。一般将外框转角对应偏 航角，中框对应俯仰角，内框 对应滚转角
激光制导武器半实物仿真系统的分析与实现
信息H程激光制导武器半实物仿真系统的分析与实现刘聪，张洋（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）摘要：首先，对于激光制导武器半实物仿真系统的设计是建立在激光制导弹药的背景下，阐明了激光制导武器半实物仿真系统的实验目标与内容，并介绍了激光制导武器的功能定位以及组成架构；其次，在室内半实物仿真环境下，基于激光制导武器中引导头的光学特性及制导与控制原理，设计出激光制导武器半实物仿真系统架构；最后，设定两种初始条件，进行仿真实验对比，查证结果显示建立在该导引头及角速率陀螺的控制系统上，能够使激光制导武器的精准度得到进一步提升。
关键词：激光制导；半实物仿真；精准度；光学特性0引言半实物仿真系统是用于弹上部件引入仿真回路，并为其模拟出真实的应用场景的仿真方法，除实物外，以数学模型进行仿真。
半实物仿真系统能够有效解决建模困难的问题，且具备较高的仿真置信度，能够为技术决策提供丰富可靠数据资源。
因此，半实物仿真方法是激光制导武器系统设计与开发中必要的性能评价手段与建造工具，科学应用于系统的设计、研制、评估等各个阶段。
目前，全球科技与军事力量都在不断强化，对于制导武器的开发水平也随着仿真技术的发展而快速提升，为提升我国武器装备的仿真实验技术，必须针对激光制导武器的半实物仿真平台进行科学研究与战略开发。
1制导系统半实物仿真试验的目的和内容对激光制导武器进行半实物仿真试验是为了利用仿真打靶的手段，将对弹的激光制导武器的制导部件与各部系统性能进行考核，保证制导精确度与系统动态性能，为激光武器的性能评判提供数据依据。
关于稳定回路，关键是对自动驾驶仪中所涉及到的惯性器件与控制电路进行考核，关于舵机回路，关键是对其静态与动态特性对激光制导系统精准度与性能产生的影响进行考核；关于引导回路，关键是对导引头上的探测器进行非线性特征检测与目标跟踪特性检测，以此保证激光制导武器动态性能的质量与精准度的控制。
制导武器半实物仿真系统的展开依据是按照由开环至闭环、由部分至整体、由小回路至大回路的标准E。
半实物仿真在飞行模拟器中的应用介绍
模拟飞行器操作
通过半实物仿真技术，飞行员可 以在模拟器上操作真实的飞行控 制系统，如驾驶杆、油门、脚蹬 等，以训练飞行技能和应对突发 状况的能力。
模拟紧急情况
半实物仿真可以模拟各种紧急情 况，如发动机失效、失去控制、 失速等，帮助飞行员提高应对紧 急状况的意识和能力。
飞行控制系统测试
系统验证
通过半实物仿真，可以对飞行控制系统的功 能和性能进行验证，确保系统在各种情况下 都能正常工作。
通过半实物仿真，可以对飞行器 的气动性能进行评估和分析，包 括升力、阻力、稳定性等。
04
半实物仿真在飞行 模拟器中的优势与 挑战
优势
真实感强
灵活性高
半实物仿真能够提供与真实 飞机相似的操作界面和反馈， 使飞行员能够更好地体验真 实的飞行环境。
半实物仿真允许模
06
结论
半实物仿真在飞行模拟器中的未来展望
更高逼真度
随着技术的进步，半实物仿真将能够提供更加逼真的模拟环境，包括更精细的 视觉效果、声音和运动反馈，使飞行员能够更好地体验真实的飞行感觉。
智能化评估
借助人工智能和机器学习技术，半实物仿真将能够自动评估飞 行员的技能和决策水平，提供更准确、客观的评估结果。
半实物仿真在飞行模 拟器中的应用介绍
目录
CONTENTS
• 引言 • 半实物仿真技术的发展历程 • 半实物仿真在飞行模拟器中的应
用场景 • 半实物仿真在飞行模拟器中的优
势与挑战 • 实际案例分析 • 结论
01
引言
什么是半实物仿真？
半实物仿真是一种结合数学模型、物 理模型和计算机技术的仿真方法，通 过模拟真实系统的动态特性和行为， 来评估和优化系统性能。
持续技术创新
半实物仿真技术飞行控制
实验平台搭建与实验环境介绍
实验平台：用于模拟飞行控制系统的硬件和软件环境 实验环境：真实飞行场景的模拟，包括传感器、执行器等设备的模 拟 实验目的：验证飞行控制算法的有效性和可行性
实验过程：介绍实验步骤和实验结果的分析方法
实验过程与实验结果分析
实验目的：验证半 实物仿真技术飞行 控制的有效性和可 靠性
实验设备：模拟飞 行器、传感器、数 据采集系统等
实验过程：进行飞 行控制算法的验证 和测试，记录相关 数据
实验结果分析：对 采集的数据进行分 析，评估控制算法 的性能和效果
实验结论与改进方向
实验结果：验证 了半实物仿真技 术飞行控制的有 效性和可靠性
实验不足：存在 一定误差和不确 定性，需要进一 步优化和改进
航天器控制：在航天 器控制中应用半实物 仿真技术，实现精确 的轨道控制和姿态调 整。
半实物仿真技术在飞行控制中的优势与挑战
优势：实时性、安全性、可 重复性
挑战：技术难度高、成本昂 贵、数据采集与处理难度大
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半实物仿真技术飞行控制的发展趋势
半实物仿真技术飞行控制的未来发展方向
智能化：利用人工智能和机器学 习技术提升飞行控制系统的自主 决策和学习能力。
飞行控制系统的仿真需求
实时性要求：仿真结果需要与实际飞行情况保持一致 精度要求：仿真结果需要与实际飞行数据尽可能接近 扩展性要求：仿真系统需要具备可扩展性，以适应不同型号的飞行控制系统 安全性要求：仿真系统需要保证安全，避免对实际飞行造成影响
飞行控制系统的仿真技术实现
飞行控制系统仿真的重要性：模 拟真实飞行环境，提高飞行器的 安全性和性能
半实物仿真技术具有高逼真度、高可靠性 Nhomakorabea可重 复性等优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶 等领域，为系统设计、优化和控制提供有力支持。
半实物仿真在化工单元操作教学中的应用
半实物仿真在化工单元操作教学中的应用半实物仿真在化工单元操作教学中的应用一、引言在化工工程领域，操作技能的培养对于学生来说是至关重要的。
然而，由于化工生产现场的危险性和复杂性，传统的教学方式往往难以满足学生的需求。
半实物仿真技术作为一种新兴的教学手段，为化工单元操作教学带来了全新的可能性。
本文将针对半实物仿真技术在化工单元操作教学中的应用进行深入探讨，并共享个人观点和理解。
二、半实物仿真技术的概念和特点1.半实物仿真技术的定义和发展半实物仿真技术是指利用虚拟现实技术和实物模型相结合的教学手段，学生可以通过操纵实物模型来进行仿真操作，并通过虚拟现实技术观察操作过程和结果。
这种技术的出现，极大地拓宽了化工单元操作教学的可能性。
2.半实物仿真技术的特点半实物仿真技术集合了实物模型和虚拟现实技术的优势，具有较高的真实性和互动性。
学生可以通过操纵实物模型来模拟真实操作，同时又可以通过虚拟现实技术观察和分析操作过程，提高了学习效果和教学质量。
三、半实物仿真在化工单元操作教学中的应用半实物仿真技术在化工单元操作教学中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1.仿真实验台的建设利用半实物仿真技术，可以建设各类化工单元操作的仿真实验台，如反应釜操作、蒸馏塔操作、流程控制系统操作等。
学生可以通过操纵实物模型进行仿真操作，通过观察虚拟现实界面获得操作反馈，真实感和学习效果大大提升。
2.操作技能的培养半实物仿真技术可以有效培养学生的操作技能。
通过实物模型的操控，学生可以熟悉化工设备的操作流程和操作要点，提高操作技能和操作经验。
通过虚拟现实技术的辅助，学生可以观察操作过程中的细节和变化，更好地理解操作原理和规律。
3.安全意识的培养化工生产现场的安全意识对于学生来说至关重要。
半实物仿真技术可以为学生提供一个相对安全的学习环境，在实际操作中培养学生的安全意识和应变能力，减少操作中的风险和事故发生。
这对于培养学生的安全意识和操作规范具有重要意义。
半实物仿真技术在飞行器研制中的应用
半实物仿真技术在飞行器研制中的应用导言随着航空技术的不断发展，飞行器研制的过程变得越来越复杂。
传统的试验方法在成本、时间和安全性方面存在很大的局限性。
因此，半实物仿真技术作为一种重要的辅助手段，在飞行器研制中发挥着重要的作用。
本文将探讨半实物仿真技术在飞行器研制中的应用，并分析其优势和不足之处。
半实物仿真技术概述半实物仿真技术是一种将实物和计算机仿真相结合的技术方法。
它通过建立真实的硬件系统或实物模型，并与仿真软件相连接，使得硬件系统或实物模型能够与虚拟环境进行交互。
半实物仿真技术能够模拟真实环境下的各种情况和事件，为飞行器研制工作提供了高保真度的验证和测试平台。
半实物仿真技术在飞行器研制中的应用1. 飞行器设计验证在飞行器设计的早期阶段，使用半实物仿真技术进行验证是非常重要的。
通过建立飞行器的实物模型，并结合相关的仿真软件，可以对飞行器的各项性能进行分析和评估。
例如，可以通过半实物仿真技术来验证飞行器的气动特性、结构强度和稳定性等。
这样可以大大降低实际试飞带来的风险和成本，同时加快设计迭代的速度。
2. 系统集成测试在飞行器研制的过程中，系统集成测试是一个非常重要的环节。
通过半实物仿真技术，可以将各个子系统进行模拟和集成，以验证整个飞行器系统的性能和可靠性。
这种方法可以提前发现和解决潜在的问题，确保飞行器的正常运行。
半实物仿真技术不仅可以模拟真实的工作环境，还可以模拟各种异常情况和故障，使得系统的测试更加全面和真实。
3. 飞行器操作培训在飞行器研制完成后，飞行操作员的培训是非常重要的。
通过半实物仿真技术，可以将真实的驾驶舱和飞行操作界面进行模拟，并结合相关的控制软件，提供真实的操作体验。
飞行操作员可以通过模拟场景进行训练，熟悉飞行器的各项系统和操作流程，提升其操作技能和应对突发事件的能力。
这种培训方法具有较低的成本和安全风险，同时提高了培训效果。
半实物仿真技术的优势半实物仿真技术在飞行器研制中具有以下一些优势：1.成本效益：相比于传统的实物试验，半实物仿真技术的成本要低得多。
半实物仿真技术
飞行模拟转台的工作原理
基本构成：动力系统、伺服控制系统、机械系统
工作原理：在动力系统支持下，伺服控制系统控制
机械系统作角度转动，为安装在机械系统上的惯性测 量部件提供姿态运动环境。
伺服控制系统：保证转台实现一定性能指标的控制系统：
一般由测速机构成速度内环，提高系统的抗干扰能力， 由测角元件构成位置外环进行位置控制，同时对位置 输入进行微分，实现复合前馈控制，提高系统响应。
半实物仿真技术
半实物仿真概述 物理模拟设备与技术 仿真计算机技术
半实物仿真概述
概念:(Hardware-in-the-loop)
硬件在回路仿真：仿真系统中有实物参加。 优点：可使无法准确建立模型的部件直接进
入仿真回路；通过模型与实物之间的切换， 进一步校验模型；验证实物部件对系统性能 的影响。 实质：为物理部件创造一个模拟实际环境的 仿真环境，用物理部件实物进行仿真的技术。
功能扩展：测试信号、数据记录、曲线显示
飞行模拟转台的组成
动力系统 伺服控制系统 机械系统
动力系统
液压能源
三相电机－油泵 分油器、过滤器、溢
流阀 冷却系统－水箱，水
泵 远程控制系统－调压
阀
动力系统
直流电源
可控硅直流电源 开关稳压电源
伺服控制系统
控制元件：执行控制算法，产生控制信号（电压）
15
10
30～50
200*100*150
0.2
12
备注
0.1-1度双 10
飞行模拟转台功能要求
可使用性：机械电气接口、按钮和指示、视场、零位、初
值与归零、屏蔽与干扰。
可靠性：机械和电气越位开关、操作互锁、手动和自动断电
保护
半实物仿真
ADRTS的硬件体系结构
VMEbus
User Interface Processor
Compute Engine Processor
Intelligent/ nonintelligent I/O
Target Compute Engine
Host TCP/IP
Physical Hardware
ADRTS采用主辅机结构，通过用户接口处理器 UIP（User Interface Processor）和主机相互通讯， 自身有计算引擎处理器单元CE（Compute Engine Processor）来完成仿真和其他科学计算。
PLC,MultibusI,SELbus,Qbus, Sbus,TU RBOchannel
MS-DOS, Windows NT, SUN OS,Solaris,System V, HP UX,HP RT, SGI IRIX,DEC UNIX,OPEN
VMS, VxWorks
Broadcast Memory 1Gbit/s 40MB/s 星（HUB） 多膜光纤
Maximum Number of Nodes
Topology Error Handling Deterministic
Cabling
Reflective Memory
2.1G 174 M/s
10 Km 256
Ring Yes YYeess Fiber
1000BaseX Gigabit Ethernet
第七章 半实物仿真
主要内容
7.1半实物仿真的概念 7.2半实物仿真的支撑技术 7.3半实物仿真的工程实例
7.1.1半实物仿真的概念
半实物仿真 ，又称为硬件在回路仿真(hardwarein-loop simulation )，是将实物 (控制器)与在计算 机上实现的控制对象的仿真模型联接在一起进行 试验的技术。在这种试验中，控制器的动态特性、 静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来， 因此它是一种更接近实际的仿真试验技术。这种 仿真技术可用于修改控制器设计（即在控制器尚 未安装到真实系统中之前，通过半实物仿真来验 证控制器的设计性能，若系统性能指标不满足设 计要求，则可调整控制器的参数，或修改控制器 的设计），同时也广泛用于产品的修改定型、产 品改型和出厂检验等方面。
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半实物仿真技术基础及应用实践
半实物仿真技术，是一种将实物元素与虚拟元素结合的仿真技术。
它结合了虚拟现实
技术、计算机图形学、人机交互技术等多个学科的知识，旨在模拟真实环境，为用户提供
身临其境的体验。
半实物仿真技术的基础是虚拟现实技术。
虚拟现实技术通过计算机生成的图像和声音，为用户创造了一个仿真的虚拟世界。
完全依靠虚拟现实技术存在一些局限性，如缺乏真实
感和触感，无法真实模拟物体的质感和重量等。
为克服这些问题，半实物仿真技术引入了
实物元素，使用户能够感受到真实的触觉和交互体验。
在半实物仿真技术的应用实践中，存在着广泛的领域和应用。
其中之一是娱乐和游戏
领域。
通过使用半实物仿真技术，游戏开发者可以为玩家打造出更加真实的游戏体验，例
如使用物理反馈设备模拟武器的震动和力量，或者使用运动捕捉技术追踪玩家的动作实时
反馈到虚拟世界中。
除了娱乐和游戏领域，半实物仿真技术也被应用于教育和培训领域。
通过使用半实物
仿真技术，教育者可以创造出逼真的场景，使学生能够在安全的环境中进行实践和训练。
在医学教育中，半实物仿真技术可以用于模拟手术操作，使学生能够在模拟器上练习真实
的手术技能。
半实物仿真技术还可以应用于产品设计和工程领域。
通过使用半实物仿真技术，设计
师和工程师可以在设计过程中进行虚拟测试和验证。
这样可以大大减少实际原型的制作成
本和时间，同时提高产品的质量和可靠性。
半实物仿真技术在各个领域中都有广泛的应用。
它不仅可以提供身临其境的体验，还
可以大大提升效率和减少成本。
随着技术的不断发展，半实物仿真技术将会在更多的领域
中得到应用，并为我们带来更好的体验和效果。