鱼雷半实物仿真的基本工作原理是将参试的实物，如深度传感器安装在水压仿真器上，陀螺等敏感组件安装在三轴转台上，舵机组件上安装在舵负载仿真器。ADI实时计算机从A/D接口读取三个舵角信号，然后解算鱼雷的运动方程，解算完毕即将鱼雷有关的状态信息通过反射内存板输出给转台控制柜和仿真接口控制台，转台控制柜驱动转台模拟鱼雷的姿态运动；鱼雷航行深度的模拟信号则送给水压仿真器，由其来重现鱼雷的航行深度。放置在转台上的敏感组件感受鱼雷的姿态及其变化，而水压仿真器上的深度传感器则感受鱼雷航行的深度，自动驾驶仪根据这些信号控制舵机组件操舵，在舵机组件操舵的同时，由舵负载仿真器模拟舵负载。最后舵角传感器将舵角信号通过A/D送给ADI仿真主机，重新解算鱼雷动力学方程，开始下一个周期的仿真。仿真结果由宿主计算机实时显示仿真曲线。 三、实验步骤
第一步：简述控制系统半实物仿真实验的基本过程；
第二步：在实时仿真机中进行鱼雷控制系统全数学仿真，观察数学仿真实验的弹道曲线；
第三步：演示鱼雷控制系统半实物仿真开环实验，转台和水压仿真器跟踪仿真机
的输出信号，具体步骤如下： （1）仿真主机设置鱼雷发射条件：
，
，，
，，，
，设置仿真步长，
及
，
，
T，仿真时间，并按此条件计算闭环解，记录等。
（2）转台、水压仿真器供电，液压站启动。
（3）在零输出条件下，转台输出角调零，水压仿真器输出压力调至0.03MPa（相当于3m）。
（4）仿真机置于开环调试程序下，接通A／D，D／A，D／D，TTL等接口开关。
（5）仿真机运行开环调试程序，向外围仿真设备传送初值信号，转台、水压仿真器分别输出相应初始转角
，
，
和压力
。
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（6）继续运行开环调试程序至仿真结束，记录转台、水压仿真器动态变化量，并与数字仿真结果对比，确认结果正确，进入下一步工作程序。
（7）仿真机置于闭环调试下，执行步骤与开环调试相同，确认结果与数字仿真结果一致，可进入下一步闭环试验程序。
第四步：演示鱼雷控制系统半实物仿真闭环实验全过程，观察半实物仿真实验的弹道曲线，具体步骤如下：
（1）执行开环调试的（1）至（4）步操作。
（2）仿真机置于闭环试验程序，设置初始状态，接通A／D，D／A，D／D及TTL接口，转台接收初值信号，转动至初始状态，水压仿真器输出压力0.03MPa。
（3）产品供电，敏感组件和舵机进入工作状态。
（4）自动驾驶仪检测台发出仿真开始信号，并经A／D接口输入到仿真机。 （5）仿真机一旦采集到仿真开始信号，便立刻转入闭环动态循环程序，此时应密切注意各设备工作状态，观察实时图形显示，并作好相关记录。
（6）经过若干秒后，自动驾驶仪检测台发出仿真停止信号，仿真机进入保持状态，其它各设备断油源，断电源。
（7）仿真机将内存相关数据转存于磁盘文件。 四、实验报告要求
（1）简述鱼雷控制半实物仿真实验的基本原理。 （2）阐述各参试设备的主要功能。
（3）对比数学仿真和半实物仿真的结果，总结二者的区别。
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实验五 自主船控制实航实验
一、实验目的
1了解自主船控制实航实验的目的和意义；
2掌握自主船系统的组成及工作原理，了解各控制装置和传感器的工作特性；
3掌握自主船控制实航实验的步骤和方法。 二、实验设备及仪器
自主船控制系统包括船上控制系统和岸上控制系统两部分。船上控制系统主要由PC104工控机、姿态传感器、GPS接收机、电机控制模块、推力电机和无线串口通讯模块组成；岸上控制系统由普通PC机和无线串口模块组成。它们的具体型号如下：
1、 PC104工控机
自主船的PC104工控机主要有CPU模块、D/A转换和I/O模块及串口扩展模块几部分。
（1） CPU模块：基于PC104总线，工作频率为66MHz～133MHz，通过总线与
其他模块通信，用来实时解算控制指令和各个任务的合理调度。 （2） 串口扩展模块：采用串口模块-EMM-4M-XT（PC/104外围板卡系列），扩
展四个串口，选其中的两个串口，跳线成RS-232，用作GPS、方位参考系统的数据采集。
（3） D/A转换和I/O模块：采用DMM-16-AT(PC104数采模块)，分别通过其I/O
口和D/A口输出继电器和电机控制信号。 2、 GPS
GPS采用XW GPS1000接收机。它是一款高精度、高动态、高性能的GPS接收机。在无SA时，自主定位精度可达2m CEP，数据更新率可达20Hz。它实时为控制系统提供船的经纬度、速度等信息。
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3、 姿态传感器
姿态传感器采用MTI微型AHRS系统。它是一个微型的测量姿态和航向的系统，内部处理器功耗低，输出的航向角没有漂移，同时提供经过校准的三轴加速度，角速度以及磁场强度。它实时为控制系统提供船的姿态信息。 4、 无线串口通讯模块
无线串口模块采用XStream RS-232/485 RF调制解调器。它负责接收岸上控制系统的控制指令，并将经纬度、姿态、速度等信息反馈给岸上控制系统，便于监控。
5、 电机控制模块和信号隔离器
电机控制模块和信号隔离器采用MMT-DC 12DP50BL直流电机控制模块和MMT-VID信号隔离器。电机控制模块的输入电压为DC 12V，输出电压为DC 0～12V，最大输出电流为DC50A，调速比为1:80。电机控制模块将PC104工控机输出的控制信号转化为实际电机驱动电压，并输出给电机。
三、自主船系统的工作原理
岸上控制系统船上控制系统船上控制系统控制器岸上主控计算机左右推力电机无线串口通信GPS接收机姿态传感器
图 1自主船系统的工作原理
自主船系统的基本工作原理如图1所示。首先，岸上控制系统设置相关控制参数，并将开始指令发送给船上控制系统；其次，船上控制系统在接收到开始指令后通过串口实时采集GPS接收机、姿态传感器的相关信息，并对这些信息进行解析，然后将船上控制系统将解析到的航行状态信息反馈给岸上控制系统；最后，岸上控制系统根据所得到的航行状态信息和设计的控制算法完成对控制参数的解算，并将控制指令发送给船上控制系统，船上控制系统根据控制指令输出电
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