飞行器控制课程设计.docx

航天学院导弹制导控制系统设计与 Matlab 仿真班级: 02020902 小组成员: 导弹的制导系统设计与仿真敌方坦克正在自东向西作水平匀速直线运动,,我方反坦克步兵使用反坦克导弹进行反击,假设导弹速度飞行中近似不变,,开始引导瞬间发射点距离目标,导弹距离发射点,且,试利用比例导引法对该导弹的攻击过程进行仿真,并绘制弹道曲线和导弹的法向过载曲线。 1 )第一步:选取坐标系和攻击平面通常步兵使用反坦克导弹攻击坦克时,发射点和坦克基本在同一水平面,并且采用比例导引法的导弹整个飞行过程也几乎在这个水平面内,因此攻击平面主要考虑为发射点和坦克所在的水平面,而导弹在纵向铅垂平面的运动可以近似认为是等高度水平飞行。另一方面,步兵使用的反坦克导弹射程一般不超过 5km , 因此可以认为地面是水平大地且不考虑地球自转等影响。因此可以选取地面坐标系Axyz ,原点 A 与制导站(发射点)重合, Az 轴平行与目标运动方向且指向正东, Az轴指向正北, Ay指向天向,攻击平面为 Axz 平面(如下图所示)。图表 1反坦克导弹攻击坦克时的坐标系和攻击平面选取 2 )第二步:导弹的受力分析和矢量分解现在分析导弹的受力情况,通常导弹会受到重力、气动力(升力、侧向力和阻力)、发动机推力的作用。对于本例题来说,由于反坦克导弹攻击坦克主要在攻击水平面内,因此可以近似认为在铅垂方向上,重力和升力相互平衡,因此不再考虑;而对于阻力,通常其与速度方向相反,会减小导弹的速度,在本例题中为了简单期间,暂时不考虑阻力的影响;对于发动机推力,由于反坦克导弹的发动机通常在发射初期就已经燃烧完毕,因此仿真阶段为无动力的自由飞行阶段,发动机推力为零。由于导弹主要在水平面内飞行,因此可以认为导弹的速度也在水平面内,所以重力不会影响到导弹的速度。另一方面前面假设导弹的阻力和推力为零时,因此可以认为导弹在攻击过程中的速度恒定不变。那么可以看到,在攻击水平平面内导弹只受到气动侧向力的作用,气动侧向力是垂直于速度方向的气动力,实际上这个水平气动侧向力正是改变导弹飞行轨迹的控制力。制导律的设计正是设计出导弹在飞行过程中的控制力变化,从而验证导弹攻击目标的精度并对导弹的总体设计进行指导。 3 )第三步:分析弹目运动关系,建立运动方程在水平攻击平面内,以Axz 为直角坐标系,M表示导弹当前所在的位置,T表示目标当前位置。为导弹速度方向与基准线 Az 的夹角,通常称为弹道偏角或者航迹偏角。为制导站观测导弹的视线角,为制导站观测坦克目标的视线角。 q为某一时刻导弹和目标连线与基准方向的夹角,而比例导引法制导的关键就是要求保证在飞行的过程中与的比例关系。如下所示。图表 2初始时刻导弹与目标的相对关系导弹与目标的相对运动关系: q 以Az方向为正, r表示弹目之间相对距离。按比例导引法时,导弹—目标的相对运动方程组为: 利用的关系可以将方程组简化合并成 4 )第四步:按照运动学关系使用 Simulink 搭建仿真框图利用 Simulink 搭建仿真框图时是依据运动学关系进行搭建的,整个导弹和目标的仿真框图可以搭建成下图所示。比例系数 K=4 。 5 )第五步:合理设置仿真参数进行数字仿真并输出仿真结果,合成飞行轨迹。在进行数字仿真之前,需要对 Simulink 的仿真环境进行设置,在设置界面中通常需要设置仿真起止时间和仿真步长。仿真的起始时间通常从 0开始,结束时间最好以导弹击中目标的时刻为结束时间。但是对于导弹击中目标的时间并不事先知道,通常可以根据弹目距离和速度进行大致估算,并将估算的时间适当放长后作为仿真结束时间。由于本例题中,导弹是在水平面内飞行,而在高度方向上是认为等高度飞行的,因此这里仅输出在水平面内的仿真结果和关键数据曲线。导弹目标相对距离: 导弹法向过载(撞击时刻): 撞击前弹道偏角 6) 分析仿真结果从仿真曲线中可以看到,由于导弹飞行速度较高,而坦克的速度较小,同时导弹相对于目标的距离较远,导弹具有足够的时间和机动性攻击慢速的坦克目标, 因而导弹击中了目标,并且飞行轨迹比较平滑,导弹在攻击过程中的需用过载较小。当然,本例题的仿真是在攻击条件较好且不考虑观测噪声和控制能力影响的条件下得到的理想导弹的控制系统设计与仿真一、控制系统设计与仿真题目要求某型防空导弹气动与传函模型参数如附录 1 和附录 2 ,现在发射后 时,攻角α=20, β=20 。试进行三通道控制设计与仿真。控制系统设计与仿真导弹的控制系统设计正如前面所说,如果将导弹的弹体运动学模型使用状态方程或者传递函数来描述后,对其控制系统的设计方法与普通控制对象的设计的方法是几乎相同的。因此对导弹控制系统的设计可以简述为以下几步: (1)建立导弹弹体的动力学运动方程或者小扰动线性化方程,确定方程中的气动参数; (2)分离