飞行器控制系统数字化设计和仿真研究.pdf

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第绪论课题的背景及意义计算机作为人类历史上最伟大的发明之一,代替人工处理了大量的重复性的工作环节,降低了成本,大大提高了生产效率【俊V频伎刂葡低呈欠尚衅鞯闹匾W槌刹糠郑括本体运动传感器、控制指令形成系统、执行机构等。飞行器制导控制系统的设计与分析是一项复杂工程,包括飞行方案设计、飞行器控制系统分析设计、系统优化、数字仿真、系统性能评估等内容,在飞行器总体设计中占据重要位置口圳。在飞行器制导控制系统的设计与分析过程中,需要进行大量的制导与控制算法的分析、设计、仿真,才能获得精确的制导控制系统模型和最优的制导控制系统设计方案【。因此,飞行器制导控制系统从设计到定型将经历复杂而漫长的全生命周期。传统的设计方法既不便于设计结果的借鉴和设计模型的重用,也不便于设计经验和知识的传承与共是涵盖数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显功能统辅助设计软件,是一种高性能的科学计算语言【。由于它将数值计算和可视化集成在一起,并提供了大量的内置函数,因而广泛应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计。另外,软件具有开放式结构,可在其基础上进行二次开发,不断扩充完善所需的功能⋯。伴随着计算机技术的飞速发展,全球也随之迈入了数字化时代。自世纪年代起,制造产业已经逐步开始应用各种新兴的疌工具【】。疌技术包括控制系统的系统设计集成化、设计方案可重用化、信息传输网络化和决策管理科学化。飞行器制导控制系统设计涉及制导、姿态控制、飞行器本体综合和地面测、发、控等专业。传统的工作模式是各分系统设计人员都采用自己熟悉的开发工具或自编程序进行制导控制系统的设计,缺乏统一的规范和专业软件工具的应用及控制系统的分析与性能验证。此外,飞行器制导控制系统设计过程中产生的各种数据和结果均分散在设计人员手中,无法统一管理和共享,沉淀的知识与经验也难以继承并应用于同一类型飞行器制导境的要求是相同或相通的。利用疌技术,采用集成数字化的飞行器制导控制系统设计与分析软件,能够统一制导控制系统设计、分析与验证的规范和方法,共享制导基于模型的设计辨,是目前国际上流行的系统开发方法,享。控制系统的开发。虽然不同型号飞行器的制导控制系统设计需求不同,但对专业设计环控制系统设计与分析经验【训且恢稚杓聘丛涌刂葡低车目墒踊Х椒ǎ丫晒τ糜诤娇蘸教炜刂啤⒊盗控制、运动控制、工业设备控制等方面。峁┝丝刂葡低晨7⒐讨斜匦氲亩第滦髀
国外研究现状象建模、控制器分析与综合、对象和控制器仿真及控制器产品集成,可以实现被控对象和控制系统的统一描述,具有更强的可操作性。üХ抡娼猩杓疲诟鹘段不断完善系统模型,能够保证各阶段工作的一致性。基于模型的设计能够快速地完成设计迭代。因此,基于模型的设计能够降低设计中的错误、降低成本、提高工作效率‘乏。近年来,在飞行器控制系统的设计中广泛采用了椒āMü庵址椒ǎ尚器控制系统的工程化设计过程可以总结为“线性设计,非线性仿真”。通过气动模型和质点飞行轨迹模型得到被控对象线性化时不变的本体模型,并基于这样的被控对象模型设计控制律,对线性系统进行设计分析,再利用离散化的线性控制律模型和非线性时变六自由度本体模型以及各种扰动模型,建立接近真实的飞行器控制系统模型。最后,利用试验设计方法进行仿真验证,根据仿真结果进行迭代设计。对于这一设计流程的每个环节,也是利用不同类型的设计模型进行仿真验证,进而设计迭代。依托计算机技术、际酢⑼缂际酰尚衅髦频伎刂葡低成杓朴敕治鋈砑够在分析系统设计人员实际需求的基础上,结合控制系统计算机辅助设计软件及工具箱、疌技术和椒ǎ⒅频伎刂葡低成杓啤⒎治觥⒂化、仿真和评估系统。通过从指标数据的输入到方案飞行轨迹设计、控制器设计、飞行轨迹仿真的全过程参与,辅助设计人员快速获得飞行器制导控制系统的设计方案,并保存制导控制系统设计和仿真分析过程中的通用模型数据,为后续嵌入式软件系统开发、半实物仿真以及制导控制系统设计重用奠定了基础。对辅助设计人员快速设计并开发飞行器制导控制系统、确保系统可靠性、降低系统开发风险和成本,缩短开发周期、推进虚拟产品丌发技术应用、提升飞行器制导控制系统设计质量、实现数字化飞行器制导控制系统设计与分析,提高飞行器控制系统的研制能力具有重要意义。控制系统设计分析技术是二十世纪九十年代发展起来的一项控制系统开发技术。九十年代初,美国波音公司成功应用砑迪至薈/苫房7ⅲ鲇三年多的时间就研制成功了波音涂突:懦迫ü涛尥贾缴杓疲晌J澜缟系谝。近年来,