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ATSPACE实时半实物仿真系统
1 产品简介
ATSPACE半实物实时仿真系统是美国REALTIMINGSYS
USA LLC和精航伟泰测控仪器（北京）有限公司（ATExcel）联合开发的一套可集成MATLAB/Simulink的半实物仿真平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。ATSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，支持CPCI总线，配置了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合以及定制；软件环境的功能强大且使用方便，可以实现与用户购买的MATLAB/Simulink/RTW产品完全无缝集成，实现图形化建模、代码自动生成/下载和试验/调试等强大功能。
2 主要用途
控制系统快速原型与硬件在回路仿真。在系统开发的初期阶段，快速地建立控制器模型，并对整个系统进行多次离线和在线的测试来验证控制方案的可行性，这个过程称为快速控制原型生成。RCP和硬件在回路(Hardware
In Loop，简称HIL)仿真系统为电子控制系统的设计提供了开发速度上的优势，加速了设计开发过程，已经在航空航天领域中被越来越广的采用，减少了昂贵的、破坏性的试验的需要。
ATSPACE半实物仿真平台成功攻克了当前半实物仿真过程中存在的系统控制算法、系统部件接口、时序设计以及系统实时性难以得到仿真验证的难题，成为航空航天项目系统论证、方案设计阶段快速原型建模与半实物仿真验证的重要支撑平台。
3 产品组成
3.1 SPARC架构TSC695
CPU板
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技术指标 |
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CPU板 |
CPU：TSC695
10M |
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FLASH：2MB |
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SRAM：4MB |
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规格：6U |
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操作系统：VxWorks、SpaceOS、RTEMS实时操作系统 |
3.2 SPARC架构BM3803
CPU板
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技术指标 |
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CPU板 |
CPU：BM3803
100M |
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FLASH：2MB |
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SRAM：4MB |
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规格：6U |
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操作系统：VxWorks、SpaceOS、RTEMS实时操作系统 |
3.3 Intel
X86架构CPU板
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技术指标 |
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CPU板 |
CPU：双核2.26G |
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内存：4G |
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硬盘：500G |
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网络：千兆以太网 |
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规格：3U 和 6U |
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总线：CPCI |
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插槽：可用板卡插槽数量不少于7个 |
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系统：VxWorks实时操作系统 |
3.4 通用异步串口板卡
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技术指标 |
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异步串口板卡 |
最多可扩展为8路标准RS422接口 |
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各路通信接口独立并隔离 |
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能够以中断、查询方式接收串口数据 |
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波特率、数据收发格式均可配置 |
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最高稳定波特率不低于2Mbps |
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规格：3U和6U |
3.5 通用1553B板卡
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技术指标 |
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1553B板卡 |
标准3U
CPCI 1553B板卡 |
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每块1553B板，提供2路标准1553B总线 |
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各通道有效隔离 |
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各通道均可做BC、RT与MT |
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规格：3U |
3.6 通用DIO板卡
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技术指标 |
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通用DIO板卡 |
不少于16路普通数字量的输入输出，输入输出可配置 |
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数字量支持TTL、CMOS电平规范 |
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支持检测电平信号及边沿信号，并且支持对脉冲宽度测量和脉冲个数测量 |
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各数据通道有效隔离 |
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规格：3U和6U |
3.7 通用AD板卡
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技术指标 |
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通用AD板卡 |
最多可扩展为64路模拟量采集 |
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采集模拟量范围为-12V~+12V |
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采集精度为16位 |
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AD转换速率大于10KHz |
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各数据通道有效隔离 |
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规格：3U和6U |
3.8 通用DA板卡
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技术指标 |
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通用DA板卡 |
最多可扩展为32路模拟量输出 |
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模拟量输出范围为±10V |
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DA转换速率大于10KHz |
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各数据通道有效隔离 |
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规格：3U和6U |
4 ATSPACE与DSPACE仿真系统比较
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ATSPACE |
DSPACE |
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原产地 |
中美合作研发 |
德国 |
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应用领域 |
航空航天（卫星、飞船、无人机等） |
自动控制、航空航天、汽车、电子设备、医学工程等 |
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操作系统支持 |
VxWorks,
SpaceOS, Rtems |
VxWorks |
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处理器板 |
Intel处理器板，CPCI总线
TSC695处理器板，定制总线
BM3803处理器板，定制总线 |
PowerPC处理器板、PCI或PCIe总线 |
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中断功能 |
串口中断、1553B总线中断、CAN总线中断、串口中断、外部中断 |
串口中断、1553B总线中断、CAN总线中断、串口中断、外部中断 |
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模拟输出（D/A） |
32路14位通道 |
8路14位通道 |
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模拟输入（A/D） |
64路16位通道 |
16路16位通道 |
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串口 |
RS232/RS422 |
RS232/RS422 |
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外部总线 |
1553B总线，CAN总线，SpaceWire总线 |
1553B总线、CAN总线、LIN总线、ARINC429总线 |
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Simulink集成 |
支持 |
支持 |
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模型在线调参 |
支持 |
支持 |
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变量图形显示 |
支持 |
支持 |
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自动代码生成 |
支持 |
支持 |
5 ATSPACE应用实例：卫星快速原型仿真
5.1 系统组成
ATSPACE实时半实物仿真系统可以用于构建和验证卫星快速原型，整个原型形态具体包括星载计算机模拟器、卫星部件与动力学仿真机、卫星故障注入模拟器、卫星软件集成开发环境、遥控遥测数据管理软件和测试与仿真管理软件，具体说明如下：
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序号 |
产品名称 |
产品用途 |
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1 |
星载计算机模拟器 |
实时仿真机，支持X86架构处理器、TSC695、BM3803以及SoC2008等SPARC架构处理器，可运行VxWorks、SpaceOS或者RTEMS实时操作系统，用于模拟星载计算机。 |
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2 |
卫星部件与动力学仿真机 |
模拟仿真卫星敏感器与执行机构，并提供姿态动力学与轨道动力学。 |
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3 |
卫星故障注入模拟器 |
模拟故障的分布特性以及故障模式，记录与分析故障测试数据。 |
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4 |
卫星软件集成开发环境 |
星载计算机软件一体化集成开发调试环境，可集成Simulink实现快速建模、模型实现以及软件调试的功能。 |
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5 |
遥控遥测数据管理软件 |
遥测数据显示、存储、分析与回放，显示方式有列表显示、2D图形显示以及3D图形显示。 |
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6 |
测试与仿真管理软件 |
执行网络监测、仿真参数设置与仿真流程管理。 |
5.2 模型构建与调试
ATSPACE实时半实物仿真系统构建与调试模型通常需要经过以下几个步骤：
（1）创建Simulink模型——使用Simulink及控制、通信、鲁棒等工具箱建立Simulink模型。
（2）从ATSPACE工具箱中选择实时仿真测试所需的I/O、A/D、D/A模块，以替代接入仿真回路实物的各种信号，并对步长、仿真时间、采样时间等参数及目标系统文件进行设置。
（3）设置需要跟踪和保存的信号——在外部模式对话框中设置需要跟踪、监视和保存的信号，选择虚拟的监视器或实物，并对参数进行设置。
（4）创建和下载目标应用程序——选择集成的Simulink代码自动生产功能，自动完成目标系统的实时C代码的生成、编译、连接和下载。
（5）程序运行及参数调整——在Simulink的外部模式运行实时仿真程序，在线调整参数及在线控制。
5.3 三维显示
ATSPACE实时半实物仿真系统可集成成熟的三维显示模块，可以显示栩栩如生的三维地形、太空环境、空中和地面资源、遥感器、卫星轨道以及制作复杂的动画与塑造逼真的场景等。
