I型二阶系统的典型分析与综合设计

㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀１８４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３１卷㊀第６期㊀２０２２年１２月我国载人航天器综合测试技术潘顺良㊀赵吉明㊀吕晔㊀李鸿飞㊀应鹏刁伟鹤㊀谢志勇㊀吴伟(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀１０００９４)摘㊀要㊀综合测试是载人航天器研制生产过程的重要环节,其技术水平及自动化程度直接影响载人航天器指标评价有效性及研制进度.文章概述了载人航天器综合测试特点及典型设计方法,给出了自动化测试模式及远程测试模式设计方案.结合实际工程应用,给出了神舟一号到神舟七号阶段㊁交会对接阶段㊁空间站任务阶段等我国载人航天器三个发展阶段中相应综合测试技术的应用经验与成果,详细阐述了自动化测试及远程测试技术在不同阶段中的技术演化路径及应用实施效果,给出了我国载人航天器综合测试技术后续技术发展方向.关键词㊀载人航天器;综合测试;自动化测试;自动判读;远程测试;联合测试;电气支持设备中图分类号:V ４１６㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ０２２C h i n aM a n n e dS p a c e c r a f t I n t e g r a t e dT e s t T e c h n o l o g yP A NS h u n l i a n g ㊀Z H A OJ i m i n g ㊀L Y U Y e ㊀L IH o n g f e i ㊀Y I N GP e n gD I A O W e i h e ㊀X I EZ h i y o n g㊀WU W e i (B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a )A b s t r a c t :I n t e g r a t e d t e s t i s a n i m p o r t a n t l i n k i n t h e d e v e l o pm e n t a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o fm a n Ｇn e d s p a c e c r a f t ．I t s t e c h n i c a l l e v e l a n d a u t o m a t i o nd e g r e ew i l l d i r e c t l y a f f e c t t h e e f f e c t i v e n e s s a n d d e v e l o p m e n t p r o g r e s s o fm a n n e d s p a c e c r a f t s p e c i f i c a t i o n s e v a l u a t i o n ．T h i s p a pe r s u mm a r i z e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s of i n t eg r a t e dt e s to fm a n n e ds p a c e c r a f t ,a n d g i v e sth e p r o j e c to fa u t o m a ti ct e s t m o d e a n dr e m o t e t e s tm o d e ．C o m b i n e d w i t ht h ea c t u a l e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n ,t h ea p p l i c a t i o n e x p e r i e n c e a n d a c h i e v e m e n t s o f t h e i n t e g r a t e d t e s t t e c h n o l o g y i n t h e t h r e e d e v e l o p m e n t ph a s e s o f ＧC h i n aM a n n e d S p a c e c r a f t ,i n c l u d i n g t h e S h e n z h o u Ｇ１t o S h e n z h o u Ｇ７m i s s i o n p h a s e ,t h e r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g m i s s i o n p h a s e ,a n d t h e s pa c e s t a t i o nm i s s i o n p h a s e a r e p r e s e n t e d ．T h e a u t o m a t i c t e s t a n d r e m o t e t e s t t e c h n o l o g i e s ,t h e i r t e c h n o Ｇl o g i c a l e v o l u t i o n p a t h s a n d a p p l i c a t i o n i m p l e m e n t a t i o n e f f e c t s i nd i f f e r e n t p h a s e s a r ee x Ｇp o u n d e d i nd e t a i l ,a n d t h e f o l l o w Ｇu p t e c h n i c a l d e v e l o pm e n td i Ｇr e c t i o no fC h i n aM a n n e dS p a c e c r a f t i n t e g r a t e d t e s t t e c h n o l o g yi s p r o v i d e d ．K e y wo r d s :m a n n e d s p a c e c r a f t ;i n t e g r a t e d t e s t ;a u t o m a t i c t e s t ;a u t o m a t i c i n t e r p r e t a t i o n ;r e m o t e t e s t ;jo i n t t e s t ;E G S E 收稿日期:２０２２Ｇ０８Ｇ２３;修回日期:２０２２Ｇ１０Ｇ１７基金项目:中国载人航天工程作者简介:潘顺良,男,研究员,研究方向为航天器综合测试技术.E m a i l :p a n s h u n l i a n g＠b u a a ．e d u ．c n .㊀㊀１９９２年,中国载人航天工程列入国家计划,成为中国高科技领域的标志性工程之一.从立项到２０２１年实现空间站在轨,中国航天人经历了近３０年艰苦卓绝的奋斗,循序渐进,突破了一个又一个关键技术,独立自主构建起具有中国特色㊁配套完善的载人航天工程体系[１].综合测试是载人航天器研制生产过程的重要环节,载人航天器综合测试是指整船(器)级的电测试,即载人航天器完成总装后,在统一供电状态下,对载人航天器规定的电性能和功能做全面的检测,对各分系统之间电气接口的匹配性和电磁兼容性进行多项复杂的综合检查,以确保载人航天器在发射㊁入轨㊁组合体飞行及再入返回各阶段安全可靠工作和成功回收[２Ｇ３].作为载人航天器研制过程中重要的验证环节之一,综合测试起着质量总检查的作用,通过综合测试可以尽早发现问题,改进产品设计或工艺,保证航天产品的质量,是确保航天飞行任务成功的重要保障.综合测试技术与载人型号研制共同发展,载人航天综合测试技术支持了神舟系列飞船研制㊁天宫一号㊁天宫二号研制㊁货运系列飞船研制㊁空间站天和核心舱㊁空间站问天实验舱㊁巡天空间望远镜研制以及新一代载人飞船试验船等研制,支持了中国载人航天事业的一个又一个辉煌时刻,也在此过程中进一步发展创新.１㊀载人航天器综合测试特点载人飞船㊁货运飞船㊁空间实验室㊁空间站等载人航天器本身属于高复杂度系统, 载人航天㊁人命关天 的最高质量标准,对综合测试提出了以下更高要求:(１)载人航天器需要航天员和飞船工程师参与测试:需要根据航天员需求方要求开展载人环境㊁生理信号㊁手动控制功能㊁应急救生测试㊁应急返回等载人专有测试;(２)载人航天器协作分系统多㊁大系统接口匹配多:一般包括十四五个分系统,此外,还需要与测控通信系统㊁航天员系统㊁发射场系统㊁火箭系统㊁空间应用系统以及船器㊁船站之间开展大系统匹配等;(３)载人航天器测试模式多:需要自主应对在轨各种故障,空间站型号需要开展３０００多项地面验证试验,多达５０艘飞行器对接组合模式;(４)载人航天器测试周期㊁加电时间长:正样载人型号从进入总装㊁测试与试验(A I T)测试到进场发射往往需要１ ５~２年时间,整船/器加电时间１５００~３５００h;(５)载人航天器测试数据流多㊁数据类型多㊁数据量大:包括应答机㊁中继S宽波束㊁中继S窄波束㊁中继S M A㊁中继K a㊁空空通信等传输链路,包含上行指令㊁上下行话音㊁上下行图像㊁下行遥测参数等多种数据类型,空间站单舱下行数据速率达１ ２G b i t/s;(６)载人航天器测试要求高:空间站稳定运行１５年以上,同时涉及到航天员高可靠性要求,载人型号需要逐帧判读,不放过任何一帧跳变.载人航天３０年间,高密度发射成为载人三期常态,从载人一期的几年发射一艘飞船,到现在空间站阶段２年１１次载人发射任务,载人重大工程呈现批产特点.以上因素对载人航天器综合测试的设计和实施带来了极大的难度.２㊀综合测试系统设计从神舟一号开始,综合测试设计人员开始按照模块化结构开发自主设计自动化测试系统,实现了所有代码的国产化自主可控,改变了传统分散操作模式的测试体制,逐步形成了以总控(O C O E)和分系统专用测试设备(S C O E)组成的两级分布式测试体系结构,逐步把分系统测试设备链成一体,实现了我国第一套真正意义上的自动化测试系统,开创了我国航天器测试专业新的里程碑[４].这也成为了后续载人航天器综合测试系统的蓝本,后续所有载人型号的综合测试系统都是O C O EＧS C O E两级分布式测试系统,并在此基础上增加交会对接㊁多航天器联合测试㊁远程测试等新发展㊁新技术.图１为空间站天和核心舱测试系统架构图.以空间站天和核心舱测试系统为例,综合测试系统为局域网络化两级管理分布式系统,采用模块化设计,采用通用设备加少量专用设备组成系统,具备自动化测试能力,具备扩展性,支持远程测试和自动化测试㊁联合测试.(１)整器使用太阳方阵模拟器或稳压供电方式供电.(２)使用无线㊁有线两种测控方式构成上下行信息闭环回路:通过遥测前端等链路测试设备,完成遥测数据下行;通过上行控制前端设备实现遥控指令上行和数据注入功能;通过１５５３B总线监视设备完成器上１５５３B总线数据的监视㊁存储配合测试判读.(３)利用动态地球模拟器㊁电子星模拟器㊁红外太阳模拟器等设备产生敏感器的激励信号,模拟机电设备的响应特性和数据流,为器上设备创造测试环境,达到仿真㊁闭环的要求.(４)由总控系统统一处理解析天和核心舱任务下行数据,地面综合测试有线数据,地面测试的总线㊁网线监视数据;统一对数据进行存储,支持查询;５８１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀潘顺良等:我国载人航天器综合测试技术由总控系统统一发令控制和调度,通过遥控通道㊁有线通道㊁其它的地面前端设备完成整器的指令发送工作;由飞船工程师进行手动操作完成手控令发送.(５)使用数管对接数据模拟器㊁空空通信模拟器㊁并网负载模拟器㊁机械臂小臂模拟器和舱段模拟器等系统级测试支持设备完成对接飞行器的接口信号模拟,配合天和核心舱开展组合体功能的单舱测试.(６)使用C ３I 接口设备㊁U S B 和中继对接支持设备配合完成测控通信和发射场的大系统接口测试.主要包括航天员系统㊁空间应用系统㊁载人飞船系统㊁运载火箭系统㊁发射场系统㊁测控通信系统和货船系统.(７)通过系统功能模拟各飞行模块的独立动态测试,压缩重复性模块测试时间占用,完成对飞行程序模块的覆盖性检查.根据飞行任务安排㊁飞行方案设计和飞行模块设计,执行任务模飞测试,覆盖典型的飞行任务.(８)联合测试模式:空间站三舱㊁载人飞船㊁货运飞船以软连接方式在地面实现接口互联,开展五舱联合测试.联合测试模式下各航天器采用配备独立的地面测试系统,以天和核心舱地面测试系统作为控制核心协同其它地面测试系统完成组合航天器的联合工作.图１㊀空间站综合测试系统组成图F i g １㊀C o m p o s i t i o n c h a r t o f s p a c e c r a f t i n t e g r a t e d t e s t s ys t e m ３㊀综合测试模式设计从神舟一号到神舟七号,传统综合测试模式是总体负责整船(器)技术状态控制,综合测试负责测试组织实施和地面设备研制管理,分系统负责相关测试岗位的数据判读,形成了以总体为中心,三者相互依存的组织模式.随着载人二期任务全面开展,传统的测试模式带来总体和分系统测试人员占用较多,测试实施管理链条较长不能快速处理故障等问题.综合测试设计人员与项目办一起对测试模式进行适应性调整,由综合测试全面负责测试状态控制㊁测试设计㊁测试实施与测试评估.为实现测试设计工作前移,测试设计与测试实施分离,测试前后方协同,机器判读逐步替代人工判读,提高测试效率与质量,缩减测试人员,各载人型号全面实行自动化测试与远程测试模式.３ １㊀自动化测试模式以空间站天和核心舱测试系统为例,各载人型号全面实施自动化测试.自动化测试贯穿综合测试设计㊁准备㊁实施㊁评估全流程(图２).依托载人自动化测试软件㊁自动判读软件,实现测试软件集中管理㊁测试精细化设计㊁测试程序自动转化㊁测试数据自动判读㊁测试结果自动评估功能,实现测试准备㊁执行㊁评估全周期一体化和自动化;测试过程实现自动化主导全流程,提高测试效率;机器判读包络全部类型数据,真正实现测试现场 去专家化 ,保证高可靠性的前提下实现高效率,以及测试人员的缩减[５Ｇ７].６８１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀图２㊀载人航天器自动化测试模式F i g ２㊀M a n n e d s p a c e c r a f t a u t o m a t i c t e s tm o d e３ ２㊀远程测试模式远程测试支持系统用于满足异地总装测试需求,实现测试指挥和测试判读人员在北京,如图３所示,被测航天器及测试操作人员在天津或者发射场的异地整器级和大系统级综合测试[８Ｇ９].图３㊀载人航天器远程测试模式F i g ３㊀M a n n e d s p a c e c r a f t r e m o t e t e s tm o d e㊀㊀远程测试系统,包括前方和后方两部分,前方为总装及前端管理与操作测试现场,后方为指挥和判读中心,两者通过光纤链路连为一体,均具备完整的测试能力,各自独立又互为犄角.前方主要负责管理前置供电㊁通信链路建立和模拟器维护,开展测试状态设置工作,辅助进行故障定位分析和应急处置.主要测试队伍置于后方,所有人员(前方㊁后方)按照后方指挥统一安排,开展测试计划㊁控制测试状态设置㊁测试的实施和控制㊁数据监视判读㊁测试数据查询㊁测试总结㊁故障定位分析.４㊀经验与成果４ １㊀神舟一号到神舟七号阶段测试经验与成果从发射神舟一号无人飞船至发射神舟七号飞船并获得成功,综合测试经历了４艘无人飞船和３艘７８１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀潘顺良等:我国载人航天器综合测试技术有人飞船的研制测试㊁发射全过程,圆满地完成了各艘飞船的综合测试任务.该阶段综合测试技术设计和实施验证了神舟飞船综合测试方案设计的正确性和测试的有效性㊁准确性,通过测试,成功地实现了对神舟飞船的全面检查和综合验证.该阶段神舟飞船综合测试水平和能力,代表了国内当时的综合测试的水平,也为后续不断地探索和研究综合测试技术,达到提高测试效率,缩短测试周期,减少人员投入的目标提供了指导意见.(１)分布式系统,集中管理控制.整船地面综合测试系统是一个分级㊁分布式的体系结构,以总控设备为数据管理和控制中心,通过局域网与各分系统专用测试设备进行信息交换.测试过程集中管理㊁统一指挥调度,船上所有上行控制命令和供电控制均由总控设备统一发出.(２)远距离测试,减少设备移动.北京地区测试㊁发射场测试采用光缆传输数据和无线转发技术,适应多工位测试,实现远距离测试.主要测试设备固定不动,少数前端设备随飞船移动.(３)自动化应用,提高测试质量.飞船测试中采用自动化测试序列,减少测试操作,提高测试质量㊁效率;在分系统测试人员数据监视的同时,对测试数据进行自动监视判读.(４)模拟真实环境,增加管理难度.飞船测试有飞船工程师或航天员直接参与综合测试过程,形成自动控制与航天员手动控制的联合测试模式,增加了测试指挥组织管理的水平和难度.配置G P S动态模拟源㊁火箭故检系统模拟源㊁船上仪表摄像设备,满足了仪表与照明分系统测试和航天员进舱联合测试的各种测试要求,取得好的效果.４ ２㊀交会对接任务阶段测试经验与成果神舟八号无人对接㊁神舟九号有人对接,神舟十号㊁神舟十一号以及天宫一号㊁天宫二号㊁天舟一号交会对接任务测试期间,综合测试技术获得较大发展.(１)O C O EＧS C O E结构的分布式测试系统更加完善:在完成型号测试任务的基础上,形成了一套适用于载人航天器全生命周期测试的新一代的航天器综合测试系统.通过控制台发送各类指令和注入文件,通过服务器和数据库存储并处理所有测试相关数据信息,提供数据查询显示及分析功能,实现测试现场指挥调度,完成单航天器及组合体大系统电性能测试.(２)开展了数字化测试模式应用:基于自动判读㊁自动化测试等数字化平台,实施数字化模式测试,开展综合测试专业化设计与实施,完成第三方的测试评估.基于数字化测试实施岗位重组,实现测试实施与测试设计分离转型.测试过程管理贯穿数字化测试全过程.数字化测试模式应用于神舟十一号㊁天宫二号等型号,测试实施周期缩减３０％,人员由每型号９岗１８人缩减到９岗１１人,精减３９％. (３)实现了测试数据的监视判读:实现了测试参数和指令的自动监视判读,建立了航天器测试基础信息库,管理整器测试过程中用到的遥测数据㊁S C O E数据㊁遥控指令以及设置命令信息;应用了航天器自动判读软件及判读知识库,可实时对测试过程中的参数进行判读,并储存判读知识;实现了对遥控指令的发送进行管理和控制,并通过前端设备发送遥控指令,对航天器的状态进行设置.经过此阶段７个型号判读验证,判读效率较人工判读提高５４％.(４)部分设备采用了通用化的设计思路:供配电设备根据航天器的常规供㊁充电需求,设计了通用的供电通道,可根据航天器的供㊁充电通道数量组合使用;射频链路处理设备采用了通用架构设计,按照功能内聚为射频前端㊁变频器㊁中频处理设备和数据处理前端四个部分,可满足航天器所有的射频链路测试需求.形成了包括供配电㊁测控㊁数管㊁控制推进㊁仪表㊁空间技术试验等６个测试专业的载人航天器地面电气支持设备(E G S E)产品型谱. (５)开展单航天器远程监测模式的远程测试应用:成功开展了神舟九号㊁神舟十号㊁神舟十一号㊁天宫一号㊁天宫二号酒泉基地Ｇ北京的远程测试任务:建立了远程测试组织模式,前方测试队伍依据发射场工作计划实施测试工作,后方组织测试队伍依据综合测试常规管理规定实施判读工作;建立了远程数据测试系统,支持后方２２个关键单机岗位开展发射场远程监视判读.(６)国内首次实现了两航天器间同步一体化联合电测中的系统级实时动态联动,覆盖了两航天器的静态接口匹配性和动态时序的协调性的各项测试,在交会对接任务的电测工作中达到了预期验证效果,为多航天器联合飞行的电测任务方案奠定了基础.(７)国内首次成功利用两航天器动力学模型对测试系统及交会对接各模拟器(姿轨控模拟器㊁空空通信模拟器㊁相对定位仿真模拟源等)实现了动态的实时同步驱动控制,有效完成两航天器交会对接的８８１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀地面联合电测,达到了预期的应用效果,为未来多航天器间协同交互的电测设计和实施提供了宝贵经验.４ ３㊀空间站任务阶段测试经验与成果载人航天综合测试技术在空间站阶段自动化测试㊁自动判读㊁远程测试能力获得巨大进步.基于载人航天器自动化测试㊁自动判读平台,实施了载人航天器自动化测试模式,基于自动化测试实施岗位重组,实现测试实施与测试设计分离转型,从十年前单个型号综合测试人员１８人精简至５~７人.实施自动化测试和远程测试经验荣获２０１８年 全国质量标杆 殊荣.(１)适用于载人型号全生命周期测试的新一代航天器综合测试系统自动化水平更高㊁系统更柔性更完善,涵盖了供配电㊁测控与通信㊁数管等多个领域的专业测试设备;建立了地面设备型谱,实现了测试设备通用化㊁国产化㊁型谱化;经过对测试设备技术的持续改进和创新,形成了以 射频Ｇ数据 一体化处理平台为代表的新一代一体化测试产品,推动了测试模式的转型㊁测试设备技术的跨越.(２)自动化测试工具更显效能,实现了载人型号测试准备㊁测试实施㊁测试评估全流程自动化,实现测试过程中测试项目设计㊁指令操作㊁状态监控㊁过程记录㊁数据判读㊁结果分析㊁报告生成等人工操作 一键式 自动化,提高测试自动化水平,提升型号测试效率,降低人力成本,有效应对多型号测试任务,测试效率综合提升约３０％,实现型号正样测试周期由载人二期１１个月缩短至６个月.满足了载人飞船㊁货运飞船面向未来批量化任务对高效率㊁高可靠性的需求.(３)运用有限状态机模型构建了载人航天器自动判读系统,建立了一整套适用于载人航天器测试的标准化判读语法体系.针对载人航天对测试过程数据判读的高标准要求,设计了支持复杂逻辑的判据设计模型,判据经过了测试前的精细化验证,在型号测试过程中迭代升级,形成了完整的载人型号的自动判读知识库.单型号自动判读判据约６０００~３００００条,自动判读覆盖率达９０％.解决了载人航天器数据量大㊁类型多㊁数据复杂造成的判读难题,有效减少人员主观判读风险,能快速定位参数单次跳变等人员判读不易发现的问题,提升测试效率和准确性,减少测试人员消耗.(４)针对载人型号所特有的音频数据,采用音频可视化技术和互相关解析技术首次解决了多路音频连续性自动判读的难题,改变了音频测试采用 耳听 的传统模式,将音频判读有效覆盖率由８ ３％提升至１００％.针对有人参与的仪表测试,通过人工智能技术,构建了用于 人Ｇ器Ｇ地 的交互信息智能处理和判读的闭环测试系统,将识别结果转换为机器数据流与测试系统进行交互,实现仪表数据判读的自动化;针对视频连续性判读和船地间延时精确判读的难题,采用图像识别技术,引入视频序列度量描述机制,建立视频闭环测试系统,替代了 目视 的传统方法,精度可达１００m s,有效完成了连续性和时延精确判读;全面实现遥测参数㊁音视频㊁仪表显示页面由人工判读到机器自动判读质的飞跃. (５)以北京为中心㊁四地五方为一体的远程判读模式,在载人飞船㊁货运飞船㊁空间站等任务中进行了全面实施应用.在空间站天津测试过程中首次实现了以北京为中心的远程指控测试模式,空间站天津现场３７人减至１２人.神舟十四号发射场巡检任务首次全面使用远程测试模式开展,测控㊁数管㊁总体电路㊁仪表㊁热控㊁应急救生㊁结构机构㊁乘员㊁环控等９个分系统的型号人员均在北京参与测试,测试数据㊁舱内图像㊁总装现场图像,北京同步更新显示并归档,实现了舱内飞船工程师与北京仪表岗位无缝交流确认的测试模式,发射场测试人员进一步减少至１２人(神舟十三号远程测试模式２０人㊁神舟十二号测试３０人).从空间站核心舱发射场测试任务开始,飞控试验队员在北京远程参与发射场待发段测试,发射场试验人员在发射场远程参与飞控上升段及入轨初期关键动作远程飞控支持,双方异地协同,共同保障发射及飞控任务圆满完成. (６)尝试将基于模型的系统工程(M B S E)方法论引入测试用例设计,开展了飞行程序到模飞用例生成一体化研究与设计,打通飞行程序与模飞测试的接口,以空间站模飞测试为试点,按照飞行阶段分别生成测试用例,对段时间㊁指令链㊁数管注入文件㊁特殊指令㊁指令判据通过模型进行统一处理,生成内容标准的测试用例,保证飞行程序到测试用例设计的一致性㊁正确性和设计效率.(７)按照 像飞行一样测试 的理念和原则,在模飞过程中增加了时序的机器自动判读.开展了机器自动时序判读,以飞行时序为判读对象,判读激励是否按照既定的时序关系正常发出,状态是否按照既定的时序安排转换,实现对固化或注入程序的执行情况进行判读,从多个维度完成模飞过程自动数据判读,解决了载人航天器模飞模式多㊁模飞测试参与９８１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀潘顺良等:我国载人航天器综合测试技术分系统多㊁判读工作复杂度高㊁模飞测试长的问题,实现了模飞阶段机器为判读一岗的自动化测试模式,大幅度提升了自动化测试的测试覆盖率及测试质量.(８)完成了空间站天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱㊁载人飞船㊁货运飞船在内的世界地面规模最大的五舱联试工作.设计了一体化的航天器上行㊁下行㊁飞行器间信息交互的测试系统,统一了数据时统,统一控制了各飞行器的电源㊁对接总线㊁相对定位㊁推进补加㊁对接模拟器,建立了实时同步驱动的飞行器激励及反馈测试系统,实现了飞行器间动态的测试闭环,支撑了交会对接㊁组合体运行等关键飞行任务在地面的有效验证.５㊀结论与展望载人航天工程实施３０周年,载人航天器自动化测试技术㊁自动判读技术等综合测试技术与型号成功共发展,综合测试技术的自动化㊁信息化㊁网络化以及初步的智能化水平在载人航天３０年中大幅提高,圆满完成了载人一期㊁二期㊁三期任务过程中面临的并行测试㊁异地协同㊁多器联合测试㊁应急救援快速发射等难题.后续载人重大型号任务多型号并行测试成为常态,测试人员多㊁周期长㊁强度大,后续载人登月等任务具有更高复杂性㊁更高可靠性安全性的要求,将给载人综合测试技术带来新的挑战.后续载人航天器综合测试技术在现有自动化测试㊁远程测试基础上,逐步向智能化测试技术发展:开展基于人工智能的航天器天地一体化智慧协同测试技术研究,开展基于数字孪生的航天器智能自主测试研究,开展测试任务自主规划㊁基于机器学习的智能健康监测和故障处置㊁器地故障的智能健康监测和快速处置等技术研究,全面提升载人航天器综合测试效能.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]张柏楠．中国载人航天开启新征程[J]．中国航天,２０２１(８)８Ｇ１３Z h a n g B a i n a n．C h i n a sm a n n e d s p a c e l a u n c h a n e w j o u rＧn e y[J]．A e r o s p a c eC h i n a,２０２１(８):８Ｇ１３(i nC h i n e s e)[２]赵吉明,朱维宝,王劲榕．神舟飞船综合测试分系统研制与测试实施[J]．航天器工程,２００４(１):１１８Ｇ１２３Z h a o J i m i n g,Z h u W e i b a o,W a n g J i n g r o n g．D e v e l o p m e n t a n d t e s t i m p l e m e n t a t i o n o f S h e n z h o u s p a c e c r a f t i n t e g r a t e d t e s t s y s t e m[J]．S p a c e c r a f t E n g i n e e r i n g,２００４(１):１１８Ｇ１２３(i nC h i n e s e)[３]王华茂,闫金栋．航天器电性能测试技术[M]．北京:国防工业出版社,２０１７W a n g H u a m a o,Y a n J i n d o n g．E l e c t r i c a l t e s t t e c h n o l o g y o fs p a c e c r a f t[M]．B e i j i n g:N a t i o n a lD e f e n s eI n d u s t r y P r e s s,２０１７(i nC h i n e s e)[４]王华茂．航天器综合测试技术与发展趋势综述[J]．测控技术,２０２１,４０(１０):１Ｇ８W a n g H u a m a o．O v e r v i e wo n s p a c e c r a f t e l e c t r i c a l t e s t i n g t e c h n o l o g y a n dd e v e l o p e m e n t t r e n d[J]．M e a s u r e m e n t& C o n t r o lT e c h n o l o g y,２０２１,４０(１０):１Ｇ８(i nC h i n e s e) [５]杨硕,潘顺良,李鸿飞,等．航天器数字化测试模式设计与应用[J]．计算机测量与控制,２０１６,２４(１０):６Ｇ８Y a n g S h u o,P a nS h u n l i a n g,L iH o n g f e i,e t a l．D e s i g n a n d a p p l i c a t i o no f s p a c e c r a f t d i g i t a l t e s tm o d e[J]．M e a s u r eＧm e n t&C o n t r o lT e c h n o l o g y,２０１６,２４(１０):６Ｇ８(i n C h i n e s e)[６]何永丛,潘顺良,李鸿飞,等．载人航天器自动化测试系统设计与应用[J]．计算机测量与控制,２０１５,２３(１０):３２５８Ｇ３２６３H eY o n g c o n g,P a nS h u n l i a n g,L iH o n g f e i,e t a l．D e s i g n a n da p p l i c a t i o n o fa u t o m a t i ct e s ts y s t e m f o r m a n n e d s p a c e c r a f t[J]．M e a s u r e m e n t&C o n t r o l T e c h n o l o g y,２０１５,２３(１０):３２５８Ｇ３２６３(i nC h i n e s e)[７]W e i h eD i a o．R e s e a r c ho n f a s t t e s tm e t h o do f s p a c e c r a f t f o r e m e r g e n c y l a u n c hm i s s i o n[C]//P r o c e e d i n g s o f I A F G l o b a l S p a c e E x p l o r a t i o n C o n f e r e n c e２０２１．P a r i s: I A F,２０２１[８]潘顺良,张明江,李鸿飞,等．航天器远程测试系统设计与应用[J]．航天器工程,２０１５,２４(５):１１３Ｇ１１８P a n S h u n l i a n g,Z h a n g M i n g j i a n g,L i H o n g f e i,e t a l．D e s i g na n da p p l i c a t i o no f s p a c e c r a f t r e m o t e t e s t s y s t e m [J]．S p a c e c r a f tE n g i n e e r i n g,２０１５,２４(５):１１３Ｇ１１８(i n C h i n e s e)[９]P e n g Y i n g．D e s i g na n da p p l i c a t i o no f r e m o t e t e s tm o d e f o r s p a c e s t a t i o n[C]//P r o c e e d i n g s o f t h e７３r d I n t e r n aＧt i o n a lA s t r o n a u t i c a l C o n g r e s s２０２２．P a r i s:I A F,２０２２(编辑:张小琳)０９１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀。

第一章课后习题解答1、关于安全的定义很多，请思考什么是安全？答：安全是指免遭不可接受危险的伤害。

受的水平的状态。

它是一种使伤害或损害的风险限制处于可以接2、系统、安全系统、安全系统工程的定义是什么？请辨析三者间的区别和联系。

答：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。

安全系统是以人为中心，由安全工程、卫生工程技术、安全管理、人机工程等几部分组成，以消除伤害、疾病、损失，实现安全生产为目的的有机整体，它是生产系统的一个重要组成部分。

安全系统工程是指应用系统工程的基本原理和方法，辨识、分析、评价、排除和控制系统中的各种危险，对工艺过程、设备、生产周期和资金等因素进行分析评价和综合处理，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统安全性达到最佳状态的一门综合性技术科学。

区别与联系：系统涵盖的范畴比安全系统广，安全系统是系统的一部分，它又由多个子系统组成。

而安全系统工程是进行安全系统分析的技术手段，它通过应用系统工程的原理和方法对安全系统进行分析和控制，使得系统安全性达到最佳状态。

3、安全系统工程是以安全科学和系统科学为基础理论的综合性学科，请问你认为安全系统工程的应遵循的基本观点有哪些。

答：全局的观点、总体最优化的观点、实践性的观点、综合性的观点、定性和定量相结合的观点4、安全系统工程的基本方法是什么？答：从系统整体出发的研究方法、本质安全方法、人—机匹配法、安全经济方法、系统安全管理方法5、请简述安全系统工程的主要研究内容。

答：系统安全分析：充分认识系统的危险性系统安全评价：理解系统中的潜在危险和薄弱环节，最终确定系统的安全状况。

安全决策与控制：根据评价结果，对照已经确定的安全目标，对系统进行调整，对薄弱环节和危险因素增加有效的安全措施，最后使系统的安全性达到安全目标所需求的水平。

第二章课后习题解答1、安全检查表的优点有哪些?其适用范围如何 ?答：（ 1）优点：①系统化、科学化，为事故树的绘制和分析，做好准备②容易得出正确的评估结果③充分认识各种影响事故发生的因素的危险程度( 或重要程度 )④按照原因事件的重要／顺序排列，有问有答，通俗易懂⑤易于分清责任。

《自动控制理论》实验教学大纲课程名称：自动控制理论课程性质：非独立设课使用教材：自编课程编号：面向专业：自动化课程学分：考核方法：成绩是考核学习效果的重要手段，实验成绩按学生的实验态度，独立动手能力和实验报告综合评定，以20%的比例计入本门课程的总成绩。

实验课总成绩由平时成绩（20%）、实验理论考试成绩（40%）、实验操作考试成绩（40%）三部分组成，满分为100分。

实验理论考试内容包含实验原理、实验操作方法、实验现象解析、实验结果评价、实验方案设计等。

考试题型以填空、判断、选择、问答为主，同时可结合课程特点设计其他题型。

实验操作考试根据课程特点设计若干个考试内容，由学生抽签定题。

平时成绩考核满分为20分，平时成绩= 平时各次实验得分总和÷实验次数（≤20分）。

每次实验得分计算办法为：实验报告满分10分（其中未交实验报告或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）；实验操作满分10分（其中旷课或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）。

撰写人：任鸟飞审核人：胡皓课程简介：自动控制理论是电气工程及其自动化专业最主要的专业基础必修课。

通过本课程的各个教学环节的实践，要求学生能熟练利用模拟电路搭建需要的控制系统、熟练使用虚拟示波器测试系统的各项性能指标，并能根据性能指标的变化分析参数对系统的影响。

实验过程中要求学生熟悉自动控制理论中相关的知识点，可以在教师预设的实验前提下自己设计实验方案，完成实验任务。

教学大纲要求总学时80，其中理论教学68学时、实验12学时，实验个数6个。

9采样控制系统的分析√4选做10采样控制系统的动态校正√4选做合计实验一典型环节的电路模拟一、实验类型：综合性实验二、实验目的：1.熟悉THBCC-1型实验平台及“THBCC-1”软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

三、实验内容与要求：1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。

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详情请查阅理硕教育官网北京理工大学自动控制原理考研考点第二章 控制系统的数学模型一 主要知识点传递函数会求各类传递函数：开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数。

针对典型系统结构图来记：图结构图化简。

把握住等效原则即可。

等效原则，即化简前后回路上传递函数的乘积不变、且前向通道上传递函数的乘积不变。

信号流图熟练运用Mason 公式：（关键是每一个量代表的含义）二 需要记忆的：常见的拉氏变换、拉式反变换（掌握留数法）三 备考策略本章内容较简单且单独出题的可能性不大，注意与其他章节的结合，尤其是非线性那章中结构图的化简。

第三章一 主要知识点1 二阶系统的时域分析数学模型单位阶跃响应取不同值时对应的单位阶跃响应曲线：不同情况下系统的根。

欠尼阻二阶系统的动态过程分析动态性能指标公式，要记住并理解各公式的由来。

2 稳定性分析)s s 1i （）（∑∆∆=i i P P 2n n 22n s 2s )()(s ωζωω++==ΦS R S C ）（ζ理解稳定的充要条件劳斯判断：列劳斯表（两种特殊情况的处理）；稳定性判断及稳定范围的确定。

3 稳态误差（首先想到以稳定性为前提）稳态误差的计算：终值定理、由稳态误差系数确定。

扰动作用下的稳态误差：主要取决于扰动作用点前的传递函数。

降低稳态误差的方法：增大系统开环总增益，以降低给定输入作用下的稳态误差；增大扰动作用点前系统前向通路的增益，以降低扰动作用所引起的稳态误差第四章根轨迹法一 主要知识点理解根轨迹的含义、根轨迹增益与开环增益的区别、两个基本条件根轨迹的绘制根轨迹图的分析二 需要记忆的：根轨迹绘制规则三 备考策略本章内容是每年单独出题的章节，是比较重要的章节。

指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院自动化系课程设计报告设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：2010 年 12 月重庆邮电大学移通自动化系制重庆邮电大学移通学院《自动控制原理》课程设计（简明）任务书-供08级自动化专业、电气工程与自动化专业本科生用引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，它有别于毕业设计，更不同于课堂教学。

它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面的分析和综合。

一、设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计二、系统说明：该Ⅰ型系统物理模拟结构如下图：其中R0=100KΩ; C1=C2=10-5F；R2=1/2 R0R f为线性滑动电位器，可调范围为：10-1R0~ 104R0 ，设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等，均可忽略。

三、系统参量：系统输入信号：r（t）；系统输出信号：y（t）；四、设计指标：设定：输入为r（t）=a+bt（其中：a=5rad/secb=4rad/sec）在保证静态指标K v=5（e ss≤0.8）的前提下，要求动态期望指标：σp% ≤8.5% ；t s≤2sec五、基本要求：1. 建立系统数学模型——传递函数；2. 利用频率特性法分析和综合系统（学号为单号同学做）；3. 利用根轨迹法分析和综合系统（学号位双号同学做）;4. 完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；5. 完成系统综合前后的计算机仿真（验证）实验;六、设计缴验：1. 课程设计计算说明书一份；2. 原系统组成结构原理图一张（自绘）；3. 系统分析，综合用BODE图（或根轨迹图）各一张；4. 系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）各一张；5. 计算机仿真程序框图一张；6. 计算机仿真程序清单一份（附仿真实验结果图）；7. 封面装帧成册；移通学院自动化系指导教师：汪纪峰2010-12-15目录引言 (2)一、系统概述 (7)1.1 设计目的 (7)1.2 系统的工作原理 (7)1.3 系统设计基本要求 (8)二、系统建模 (9)2.1 各环节建模 (9)2.1.1 比较器 (9)2.1.2 比例环节 (9)2.1.3 积分环节 (10)2.1.4 惯性环节 (11)2.1.5 反馈环节 (12)2.2 系统模型 (12)2.2.1 系统框图模型 (12)2.2.2 系统等价框图 (12)2.2.3 系统频域模型 (13)2.2.4 小结 (13)三、系统分析 (14)3.1 稳定性分析 (14)3.1.1 时域分析 (14)3.1.2 根轨迹映证 (14)3.1.2.1 绘制根轨迹 (15)3.2静态精度分析 (16)3.2.1Ⅰ型系统的典型分析 (16)3.2.1.1 跟踪能力 (16)3.2.1.2 ess计算 (16)3.2.2 根轨迹映证 (16)3.3 动态分析K 1 (17)3.3.1 作根轨迹 (18)3.3.2 指标分析 (19)四、系统综合 (20)4.1 校正方案的设计 (20)4.2 ts问题 (20)4.3τ的确定 (21)4.3.1 绘制校正后系统—τ参数根轨迹 (21)4.3.2 绘制τ参数根轨迹 (22)4.3.3 确定满足的σp%的ξ (24)4.3.4 做等ξ线 (24)4.4 确定τA (24)五、系统模拟 (25)5.1 原系统的物理模拟 (25)5.2校正后系统的物理模拟 (26)六、设计小结 (27)6.1心得体会 (27)6.2致谢 (28)七、参考文献 (29)《自动控制原理》课程设计第一章系统概述1.1设计目的主要是培养学生的统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行完整全面分析和综合。