第7章 飞行器制导控制系统仿真
飞行器飞行控制与导航系统设计
飞行器飞行控制与导航系统设计第一章：引言随着航空技术的飞速发展，飞行器的飞行控制与导航系统的设计变得愈发重要。
飞行控制与导航系统是保障飞行器安全飞行的关键因素之一。
本文将从飞行控制与导航系统的概述入手，深入探讨该系统的设计原理和方法。
第二章：飞行控制系统飞行控制系统主要由飞行控制计算机、执行器、传感器以及作动器等组成。
飞行控制计算机是飞行控制系统的核心，其通过算法和模型来控制飞行器的姿态、航向和高度等。
执行器负责将计算机生成的指令转化为力和力矩，通过作动器作用于飞行器。
传感器则用于采集飞行器的各种状态参数。
飞行控制系统的设计目标是确保飞行器的稳定性、可靠性和安全性。
第三章：导航系统导航系统是指飞行器用于确定其位置、速度和航向等信息的系统。
常见的导航系统包括惯性导航系统（INS）、全球定位系统（GPS）和惯性/全球定位系统（INS/GPS）等。
惯性导航系统通过加速度计和陀螺仪等传感器来测量飞行器的加速度和角速度，进而计算出其位置和航向。
全球定位系统则通过接收地面的卫星信号，来确定飞行器的准确位置和速度。
惯性/全球定位系统是结合了两者优点的一种导航系统。
第四章：飞行控制与导航系统的设计原理飞行控制与导航系统的设计原理主要包括建模、控制算法选择和系统集成等方面。
建模是指将飞行器的动力学和环境模型抽象为数学模型。
控制算法是指根据这些模型，选择合适的控制策略来实现稳定控制和导航。
系统集成则是指将飞行控制系统与导航系统进行有机地集成，确保二者之间的相互作用。
第五章：飞行控制与导航系统的设计方法飞行控制与导航系统的设计方法包括仿真、实验和实际飞行验证等。
仿真是指利用计算机模型来进行系统设计和性能评估。
实验则是通过实际物理设备进行系统验证和优化。
最终需要进行实际飞行验证，以验证系统在真实飞行环境中的性能表现。
第六章：飞行控制与导航系统的发展趋势随着航空技术的不断进步，飞行控制与导航系统也在不断发展。
未来，飞行控制与导航系统将更加智能化和自动化。
航空航天工程中的飞行控制系统设计与仿真
航空航天工程中的飞行控制系统设计与仿真航空航天工程中的飞行控制系统设计与仿真是当今航空工程领域中的重要研究课题。
飞行控制系统设计和仿真是确保飞行器能够稳定、安全地飞行的关键。
本文将围绕这一主题，探讨飞行控制系统设计与仿真的主要内容、方法以及挑战。
一、飞行控制系统设计的主要内容飞行控制系统是飞行器上的重要设备，其设计涵盖多个方面。
设计一个有效的飞行控制系统需要考虑以下主要内容：1. 控制系统架构设计：根据飞行器的特性和任务需求，确定控制系统的架构。
一般包括飞行器的姿态控制、舵面控制、推进系统控制等子系统。
2. 控制算法设计：根据控制系统的架构，设计相应的控制算法。
常见的控制算法包括PID控制器、自适应控制器、模糊控制器等，用于实现飞行器的稳定控制和轨迹跟踪。
3. 传感器选择与布置：选择合适的传感器来获取飞行器的状态信息，包括姿态信息、速度信息、位置信息等。
同时，合理布置传感器以获得准确的测量值是设计中的关键。
4. 功率系统设计：控制系统需要电力供应，因此需要设计合适的功率系统来为控制器和传感器提供稳定的电源。
5. 故障检测与容错设计：飞行过程中可能发生各种故障，因此需要设计故障检测和容错机制，以保障系统的可靠性和安全性。
二、飞行控制系统仿真的重要性飞行控制系统仿真是在设计完成之后，通过计算机模拟飞行控制系统的工作。
它具有以下重要的作用：1. 性能评估：通过仿真可以对飞行控制系统的性能进行评估，包括控制系统的稳定性、响应速度、精度等指标。
通过优化仿真结果，可以改进飞行控制系统的设计。
2. 故障分析：在仿真中，可以模拟各种故障情况，分析飞行控制系统对故障的响应和容错能力。
这有助于改进系统的容错设计，提高飞行器的安全性。
3. 飞行特性研究：通过仿真可以研究不同飞行特性的影响，比如高速飞行、低速飞行、失速等情况下的控制效果，进而优化控制算法。
4. 稳定性分析：通过仿真可以分析飞行控制系统的稳定性，满足控制系统的稳定性要求是确保飞行安全的基础。
飞行器系统仿真
《飞行器系统仿真与CAD学习报告第一部分仿真(40)题目1：给定导弹相对于目标的运动学方程组为r(0) = 5km, q(0) = 60deg, (0) = 30deg,V = , V m= , 1Ma = 340m/s, k = 2(1)建立系统的方框图模型；(2)用MATLA语言编写S—函数(3)用窗口菜单对(1), (2)进行仿真，动态显示结果；(4)用命令行对(1), (2)进行仿真，以图形显示结果答:(2)用MATLA语言编写S函数function [sys,x0,str,ts]=CAD1_sfun(t,x,u,flag) switch flagcase 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 1sys = mdlDerivatives(t,x,u);case 3sys = mdlOutputs(t,x,u);case {2,4,9}sys = [];otherwiseerror( 'unhandled flag=' ,num2str(flag))endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes=simsizes; =3;=0;=3;=0;=1;=1;sys=simsizes(sizes);str=[];x0=[5000,pi/3,pi/6];ts=[0 0];function sys=mdlDerivatives(t,x,u)vm=*340;v=*340;k=2;dx(1)=vm*cos(x(2))-v*cos(x(2)-x(3));dx(2)=(v*sin(x(2)-x(3))-vm*sin(x(2)))/x(1); dx(3)=k*dx(2);sys=dx;function sys=mdlOutputs(t,x,u)sys=x;调用 S 函数的模型框图(3) 框图仿真结果：S函数仿真结果：(4)命令输入clear;clc[t x ] = sim( 'CAD1' );hSimulink = figure();subplot(3, 1, 1);plot(t,x(:,1)); grid; ylabel( 'r' );subplot(3, 1, 2);plot(t,x(:,2)); grid;ylabel( subplot(3, 1, 3);plot(t,x(:,3)); grid; ylabel('q' );'sigma '[t x ] = sim( 'CAD1_S');hSFun = figure();subplot(3, 1, 1);plot(t,x(:,1)); grid; ylabel( 'r' ); subplot(3, 1, 2);plot(t,x(:,2)); grid; ylabel( 'q' ); subplot(3, 1, 3);plot(t,x(:,3)); grid; ylabel('sigma '模型仿真结果：S 函数仿真结果：题目 2：给出动态方程x (1 x2)x ););tx 1; x(0) 1, x(0) 0⑴ 用MATLA语言编写S—函数;(2)用命令行 gear/adams 法对 (1) 进行仿真，显示曲线 x(t=0 ：100);⑶ 建立方框图,用RK45仿真50秒,显示曲线答：(1)用MATLA语言编写S—函数function [sys,x0,str,ts]=CAD2_sfu n(t,x,u,flag)switch flagcase 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSiz es;case 1sys=mdlDerivatives(t,x,u);case 3sys=mdlOutputs(t,x,u);sys=[];otherwiseerror( 'unhandledflag=' ,num2str(flag))endfunction[sys,x0,str,ts]=mdlInitializ eSizessizes=simsizes;=2;=0;case {2,4,9} =2;=0; functionsys=mdlDerivatives(t,x,u)=1;dx(1)=x(2);=1;dx(2)=1-t*x(1)-(1-x(1F2)*x(2); sys=simsizes(sizes);sys=dx;str=[];function sys=mdlOutputs(t,x,u) x0=[1,0];sys=x;ts=[0 0];(2)直接调用 ode 数值积分函数进行仿真，系统微分方程：function dx = CAD01_02odefun(t, x)dx(1) = x(2);dx(2) = 1-(1-x(1)*x(1))*x(2) - t*x(1);dx = dx';调用 ode 解算器入口：clear; clc;[t x] = ode15s(@CAD01_02odefun, 0:100, [1 0]);hGear = figure();set(hGear, 'NumberTitle' , 'off' , 'Name' , 'Integrated by the Gear algorithm' , 'Units' , 'Normalized' , 'Position' , [ ]);subplot(2, 1, 1);plot(t, x(:,1)); grid; ylabel( 'x' );subplot(2, 1, 2);plot(t, x(:,2)); grid; ylabel( 'dx/dt' );[t x] = ode113(@CAD01_02odefun, 0:100, [1 0]);hAdams = figure();set(hAdams, 'NumberTitle' , 'off' , 'Name' , 'Integrated by the Adams algorithm' , 'Units' , 'Normalized' , 'Position' , [ ]);subplot(2, 1, 1);plot(t, x(:,1)); grid; ylabel( 'x' );subplot(2, 1, 2);plot(t, x(:,2)); grid; ylabel( 'dx/dt' );ode15s(Gear) 仿真结果： ode113(Adams) 仿真结果：(3)建立方框图,用RK45仿真50秒,显示曲线方框图模型:仿真结果:问题3:质量一弹簧系统，质量M恢复系数K,阻力系数C,主动力P,动力学方程为 Mx (Cx2 Mg)sign(x) Kx PM=1kg, K=4kg/s2, C=100kg/m,2g= s ,=;;(1)在原点处用linmod线性化，求线性系统的A,B,C,D;(2)对线性模型，判断能控性；(3)对线性模型，求阶跃、脉冲响应曲线；(4)对原模型进行仿真，P=sin(t)( 使用Simulink);5）对原模型进行仿真， P=sin（t）（使用 ode23）答：(1)①线性化时需在模型中制定输入端、输出端(状态)，如下图，状态选为位置和速度②linmod函数应用于该系统会出现奇异，故选用改进的linmod2函数: clc;clear;[A,B,C,D]=linmod2( 'CAD3' );ss0 = ss(A, B, C, D);Co = ctrb(ss0) ;[row col] = size(A);isControllable = ~(rank(Co, eps) - row);hStep = figure();set(hStep, 'NumberTitle' , 'off' , 'Name', 'StepRespo nse' , 'unit' ,'normalized' ,'Position' ,[,,,]); step(ss0);grid;hImpulse = figure();set(hImpulse, 'NumberTitle' , 'off' , 'Name' , 'ImpulseResponse' , 'unit' , 'normalized' , 'Position',[,,,]);impulse(ss0);grid;命令窗口输出结果：A =+008 *B =1C =1 00 1D =The system is controlled( 3)阶跃响应：脉冲响应 :( 4)对原模型进行仿真， P=sin(t) ( 使用 Simulink) 仿真结果：(5)对原模型进行仿真， P=sin(t) ( 使用 ode23) 系统微分方程：function dx = CAD3odefun(t, x)M = 1; K = 4; C = 100; g = ; miu = ;dx(1) = x(2);dx(2) = (sin(t)-K*x(1)-sign(x(2))*(C*x(2)*x(2)+miu*M*g))/M; dx = dx'; 仿真入口程： clc;clear;options = odeset( 'RelTol' ,1e-3, 'AbsTol' ,[1e-5 5e-5]);[t x] = ode23(@CAD3odefun, 0::10, [0 0], options); hode23 = figure();set(hode23, 'NumberTitle' , 'off' solver' , ...'Units' , 'Normalized' , 'Position'case 0,l,ur,yl,yr)'Name' , 'Integrated by the ode23, [ ]);subplot(2, 1, 1);plot(t, x(:,1)); grid; ylabel( 'x' );subplot(2, 1, 2);plot(t, x(:,2)); grid; ylabel('dx/dt' 仿真结果：问题 4：给出一个系统 , 要求生成一个新 功能( 2)s- 函数答：实现所需功能的 S 函数function [sys,x0,str,ts] =CAD01_04sfun_kernel(t,x,u,flag,u);Simulink 模块，实现其功能 (1)Maskswitch flag,= 1; [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSiz es;case 3,sys=mdlOutputs(t,x,u,ul,ur,yl ,yr);case 9,sys=[];endfunction[sys,x0,str,ts]=mdlInitialize Sizessizes = simsizes;= 0;= 0;= 1; = 1;sys = simsizes(sizes);x0 = [];str = [];ts = [0 0];functionsys=mdlOutputs(t,x,u,ul,ur,yl ,yr )if (u >= ur + yr)y = yr;elseif (u <= ul + yl)y = yl;elseif (u >ul + yl) && (u<ul)y = u - ul;elseif (u <ur + yr) &&y = u - ur; endy = 0;在Simulink 中将调用S 函数的模块进行圭寸装参数传递及初始化[0 0; 0 0],求系统的状态空间方程(linmod)，并分析系统的稳定性，练习仿真 参数设置答：对模型进行线性化并分析稳定性 clear; clc;elsesys = y;用户界面：测试结果问问题 5:已知系统 A = [0 1; -1-2], B = [1 0; 0 1], C = [1 0; 0 1], D =[A B C D] = linmod( 'CAD5' ) ss0 = ss(A, B, C, D);hpz = figure();set(hpz, 'NumberTitle' , 'off' , 'Name' , 'Pole-zero map of the linmod system' );pzmap(ss0);sgrid;[row col] = size(A);P = lyap(A, eye(row));for i = 1:rowsubdet(i) = det(P(1:i,1:i));endsubdet存在正实部的极点，系统不稳定问题 6：系统的动力学方程为 dx / dt = Ax + Bu, y = Cx + Du, A = [0 1 0 0;0 0 1 0; 0 0 0 1; -1 -2 -3 -4], B = [1 2 ; 3 4; 2 3; 4 5], C = [1 1 2 2;2 3 5 4]; D = [1 0; 0 1], 求：(1) 系统动态平衡点(2) x(0)=[1 1 1 1] ', ix=[1 2 3 4] ',dx=[0 1 0 1] ',idx=[1 2 3 4]的系统动态平衡点答：系统框图模型系统的平衡点分析程序clear; clc;[x, u, y, dx, options] = trim( 'CAD6' );options(10)x0=[1 1 1 1]; ix=[1 2 3 4];dx=[0 1 0 1];idx=[1 2 3 4];[x, u, y, dx, options] = trim( 'CAD01_06', x0', [], [],ix, [], [], dx', idx);options(10)运行结果x=[0;0;0;0];u=[0;0];y=[0;0];ans=9 x=[;;;];u=[;];y=[;];ans=41问题 7：自学文件 C 与 M -s 函数模板和示例文件答：Simulink中的示例文件实现了将输入信号放大为2倍输出的功能，自学时对示例程序进行改进，使之可以指定信号放大的倍数。
飞行器导航系统仿真与优化研究
飞行器导航系统仿真与优化研究在航空航天领域中，导航系统是至关重要的一个部分，尤其是对于飞行器而言。
在整个飞行过程中，导航系统能够为飞行员提供准确的位置信息，以确保航班的安全。
因此，导航系统的可靠性和准确性被认为是一项非常重要的考虑因素。
在当前技术水平下，仿真和优化技术已经成为了研究导航系统开发和设计的必要手段。
一、飞行器导航系统的基础飞行器导航系统是指通过各种方式获取飞行器的位置信息，以中心化地记录和分析，以保证飞行器在飞行中的位置和航向的准确性。
通俗的来说，导航系统就像是一个电子地图，它可以向飞行员提供当前的位置、航向等关键信息，并通过多种方式帮助飞行员进行巡航。
飞行器导航系统通常是由各种电子设备、传感器和计算机来完成的，例如惯性导航仪、卫星导航系统、自动定位系统等，它们可以根据不同的飞行环境和任务要求，提供适当的导航定位信息，以确保飞行器的安全和有效的操作。
二、飞行器导航系统的仿真技术飞行器导航系统的仿真技术是指通过计算机软件或硬件设备来模拟和测试导航系统的运行状态和性能，并以此为基础来做出决策和优化其性能。
这一技术的主要优点在于：通过仿真，可以在不浪费大量时间和金钱的情况下测试导航系统的性能，并确定和优化其设计。
在实践中，为了更好地进行导航系统的仿真和测试，研究人员通常会使用各种MATLAB/Simulink等仿真和建模工具。
这些工具拥有丰富的仿真库，可以对导航系统的各种算法进行快速测试和优化。
此外，研究人员还可以基于各种仿真和优化技术，开发出相应的导航系统模拟软件或仿真环境，以更好地理解导航系统的运行状态和性能。
三、飞行器导航系统优化技术基于上述仿真技术可以对导航系统进行测试和优化。
导航系统的优化技术是指通过模拟和数据分析，以提高其精度、稳定性和可靠性。
这一技术通常还涉及到机器学习和人工智能手段，以提高导航系统的自适应性和智能化程度。
其基本优点为：通过对导航系统的优化，以有效提高其性能和精度，从而减少了导航误差和位置漂移等问题的出现，为飞行员带来更大的安全和可靠性。
航天飞行器导航与控制系统设计与仿真
航天飞行器导航与控制系统设计与仿真导语：航天飞行器是现代科技的巅峰之作，它的导航与控制系统是其正常运行和控制的核心。
本文将探讨航天飞行器导航与控制系统的设计原理、关键技术以及仿真模拟的重要性。
一、航天飞行器导航与控制系统设计原理航天飞行器的导航与控制系统设计原理主要包括三个方面，即姿态控制、导航定位和轨迹规划。
1. 姿态控制：姿态控制是指通过控制飞行器的各种运动参数，使其保持稳定的飞行姿态。
对于航天飞行器来说，由于外部环境的复杂性和飞行任务的特殊性，姿态控制尤为重要。
常用的姿态控制方法包括PID控制、模型预测控制和自适应控制等。
2. 导航定位：导航定位是指通过测量飞行器的位置和速度等参数，确定其在空间中的位置。
现代航天飞行器的导航定位通常采用多传感器融合的方式，包括惯性导航系统、卫星定位系统和地面测控系统等。
其中，卫星导航系统如GPS、北斗系统等具有广泛应用。
3. 轨迹规划：轨迹规划是指根据航天飞行器的飞行任务和外部环境的要求，确定其飞行轨迹和航线。
航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素，如飞行器的运动特性、飞行任务的要求、空间障碍物等。
二、航天飞行器导航与控制系统的关键技术航天飞行器导航与控制系统设计离不开一些关键技术的支撑，其中包括：1. 传感器技术：传感器技术是导航与控制系统的基础，可以通过传感器对飞行器的姿态、速度、位置等进行准确测量。
陀螺仪、加速度计、GPS接收机等传感器设备的精度和稳定性对导航与控制系统的性能有着重要影响。
2. 控制算法：姿态控制和导航定位需要高效的控制算法来实现。
PID控制算法是常用的姿态控制方法，模型预测控制和自适应控制等算法则在一些特殊应用中得到了广泛应用。
对于导航定位，卡尔曼滤波和粒子滤波等算法可以很好地利用多传感器信息进行位置估计。
3. 轨迹规划算法：航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素，如安全性、能耗等。
基于遗传算法和优化算法的轨迹规划方法可以在不同的约束条件下求解最优解。
飞行器控制系统的设计与模拟
飞行器控制系统的设计与模拟现代飞行器的各项性能、稳定性和安全性都与飞行器控制系统密切相关。
随着科学技术的不断进步和发展，飞行器控制系统的设计和开发也越来越复杂和精细。
本文将探讨飞行器控制系统的设计与模拟。
一、飞行器控制系统的基本要求在设计和开发飞行器控制系统时，需要考虑以下基本要求：1.精度：控制系统必须精确、稳定、可靠。
2.速度：控制系统必须快速响应，掌握先进的控制理论和技术。
3.复杂性：根据航空器的不同性质，控制系统的复杂程度也随之改变。
4.可靠性：控制系统必须具有高可靠性以确保安全性能。
5.可调性：系统必须具有可调节性，以满足不同飞行环境和任务的需要。
二、飞行器控制系统的组成飞行器控制系统主要包括以下组成部分：1.自主导航和自动驾驶系统：该系统可以控制飞行器在良好的天气条件下自主完成起飞、巡航、着陆和停机等操作。
2.飞机的制导和控制系统：该系统主要负责掌握飞机运动情况，计算引导和驾驶指令，并将相关控制信号传递给相应的机构。
3.不同的传感器：包括加速度计、惯性导航系统、GPS等。
4.控制系统处理器：用于处理和传输控制系统数据和信息。
三、飞行器控制系统的设计流程在进行飞行器控制系统设计之前，首先需确定设计目标和性能指标。
设计流程的主要流程如下：1.确定飞行器的性质和性能指标。
2.选用控制器的类型。
3.设计系统架构和控制周期。
4.选择适当的控制算法。
5.完成控制器的仿真和模拟。
6.制定控制系统的实现方案。
7.完成系统开发和测试。
四、飞行器控制系统的仿真模拟飞行器控制系统设计的最后一个重要步骤是仿真模拟。
仿真模拟可以为真正的实验提供有效的参考和支持。
在进行仿真模拟之前，需要完成以下准备工作：1.建立模型：建立具有良好系统性能的模型是设计仿真的第一步。
任何一个控制系统的设计和实现都离不开相应的数学模型。
2.选择仿真工具：目前，常用的仿真工具有MATLAB、Simulink、ADAMS等。
3.选择仿真环境：在选择仿真环境时，需要考虑仿真环境和真实环境之间的差异。
航空飞行控制系统的设计与仿真
航空飞行控制系统的设计与仿真摘要：航空飞行控制系统是航空器上最关键的系统之一，它负责保证飞行安全和航线导航。
本文将介绍航空飞行控制系统的设计原理和仿真方法，并对其重要性进行分析。
引言：航空飞行控制系统是现代化航空器上的关键系统，通过对飞机识别、导航、稳定性控制和自动驾驶等功能的可靠性控制，保证飞行器的正常飞行和安全降落。
航空飞行控制系统的设计与仿真是实现高品质飞行控制的关键技术之一。
设计原理：航空飞行控制系统的设计原理涉及多个方面，包括飞机动力学、自动控制理论、航空器通信和导航系统等。
其中，飞机动力学理论是航空飞行控制系统设计的基础，通过对飞机在不同飞行阶段的动力学特性进行建模和分析，确定控制系统的参数和控制策略。
然后，利用自动控制理论中的控制算法和方法，设计出对飞行器进行稳定性控制和航线导航的控制系统。
同时，航空器通信系统和导航系统的设计与集成，为飞行控制系统的实现提供了必要的技术支持。
仿真方法：航空飞行控制系统的仿真是设计和验证这一关键系统的重要手段。
通过仿真，可以在计算机上模拟飞机的动力学特性和自动控制功能，验证控制系统设计的有效性和正确性。
常用的仿真方法包括数值仿真、物理仿真和虚拟仿真等。
其中，数值仿真是利用计算机对控制系统的数学模型进行仿真计算，分析系统的性能指标和控制策略的有效性。
物理仿真是通过实物模型和传感器等实际设备进行仿真实验，验证控制系统在真实环境中的可行性和可靠性。
虚拟仿真则是利用计算机图形技术，将飞行器的虚拟模型和控制系统进行集成仿真，模拟真实飞行场景和控制过程。
重要性分析：航空飞行控制系统的设计与仿真对保证飞机的安全飞行和航线导航具有重要意义。
首先，优秀的控制系统设计可以提高飞行器的稳定性和控制性能，减小驾驶员的工作负担，提高飞行安全性和驾驶员的舒适性。
其次，在现代化飞行员培训中，仿真技术已成为必不可少的一环。
通过仿真平台，飞行员可以在模拟环境中接受飞行训练和危险情况应对演练，提高飞行员的技能和应急反应能力，降低事故发生的风险。
飞行器控制系统的建模与仿真研究
飞行器控制系统的建模与仿真研究近年来，飞行器控制系统的建模与仿真研究已经成为研究者关注的重点之一。
随着科技的不断发展，这个领域的研究将对飞行器的掌控性能、安全性以及能源效率等方面产生关键性的影响，同时也为航空工业的发展提供了巨大的推动作用。
一、飞行器控制系统的建模方法在研究飞行器控制系统的建模方法之前，我们需要先了解什么是控制系统。
控制系统是指通过对被控对象的输入、输出以及内部状态等信息进行采集和分析，通过一定的算法和方法预测和控制被控对象的运动状态和行为的系统。
建模方法是在掌握被控对象运动规律和控制系统结构的基础上，将它们通过数学描述的方式进行抽象和理化，以便于进行仿真分析或者设计控制策略。
对于飞行器控制系统的建模方法，我们可以将其归纳为传统的数学建模方法和基于物理的建模方法两种。
1. 传统数学建模方法传统数学建模方法主要是基于已知的物理规律和数据进行拟合和建立数学模型。
例如，针对飞行器控制系统的开环传递函数进行建模：G(s) = k / (Ts + 1)其中，k 是增益系数，T 是时间常数。
但是这种建模方法存在着一些问题。
由于建模时往往存在误差和不确定因素，拟合出来的模型可能无法准确反映实际情况。
同时，在实际设计中，很难考虑到所有的因素，因此模型的适用性有限。
2. 基于物理的建模方法基于物理的建模方法则更加符合实际情况。
它是针对控制对象的物理特性进行建模，可以更加准确的反映控制对象的特性。
例如，对于飞行器的控制对象进行力学特性建模，可以得到动力学方程：F = mam(dv / dt) = F - mg(dv / dt) = (1/m) * (F - mg)其中，m 为物体质量，F 为物体所受合力，g 为重力加速度，a 为加速度。
基于物理的建模方法可以更好地反映控制系统的特性，并且可以更加便于后续的仿真分析。
二、飞行器控制系统的仿真分析仿真分析是对控制对象在不同条件和环境下进行模拟分析的方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第7章、飞行器制导控制系统仿真
7.1概述
飞行器制导控制系统组成：
➢导引头：目标定位，光学（可见光、红外）、射频（微波、毫米波）；（传感器）
➢惯测组合（IMU）:姿态、位置测量；（传感器）
➢弹载（制导）控制计算机系统：制导控制规律解算，含接口、通信等；（控制器）
➢舵系统/控制发动机：执行控制指令，产生控制舵偏角或直接产生控制力；（执行机构）
飞行器制导控制系统仿真：
➢仿真从飞行器发射到命中目标的制导控制系统全过程
➢制导体制不同、仿真方法也不同
➢可以是全数字仿真、也可以是半实物仿真
7.2 飞行器制导控制系统仿真的作用
➢复杂非线性控制系统设计
➢系统仿真应用于制导控制系统研制的全过程
➢可靠性模型、可靠性仿真
➢型号设计定型时，提供系统性能的统计数据
➢由于真实靶场试验的各种条件限制而不能实现的复杂条件或边界条件下的试验
7.3 飞行器制导控制系统数学仿真
➢数学仿真分为三类：模拟机仿真、数字仿真、混合仿真
➢制导控制系统数学模型：
✧导弹-目标相对运动学模型
✧目标运动数学模型
✧弹体动力学及运动学模型
✧自动驾驶仪数学模型
✧导弹和目标的测量跟踪及制导指令形成装置的数学模
型
✧噪声模型
✧误差模型
7.4 制导控制系统半实物仿真
7.4.1制导控制系统半实物仿真的独特作用：
➢有的制导控制系统很难建立准确的数学模型，如射频制导
➢利用半实物仿真可以进一步校准系统的数学模型
➢利用半实物仿真，能直接有效地检验制导控制系统各设备的功能与性能
7.4.2 制导控制半实物仿真系统组成
⑴主动式射频寻的制导半实物仿真系统
➢参试设备：主动式射频导引头、制导控制计算机、惯测组合装置、舵系统
➢仿真设备：主动式射频目标仿真器、两台三轴转台、负载力矩仿真器、仿真计算机、接口装置、试验控制台、支持
服务系统
7.4.3 红外寻的制导半实物仿真系统
➢参试设备：红外导引头、制导控制计算机、惯测组合装置、舵系统
➢仿真设备：红外目标仿真器、两台三轴转台、负载力矩仿真器、仿真计算机、接口装置、试验控制台、支持服务系
统
7.4.3 制导控制系统半实物仿真设备
（1）目标仿真器
⏹作用：目标包括背景和干扰的仿真
⏹在功能上：应能实现目标、背景和干扰的仿真。
⏹此处：
◆目标：包含多目标
◆背景：包含复杂的背景
◆干扰：多种干扰
⏹在性能上：应满足
◆物理特性，如振幅起伏、角闪烁、多普勒效应、不同波长
的光辐射能量等仿真
◆运动学特性，如目标运动范围，含：高低角、方位角、距
离、角速度与角加速度的变化范围（这些目标的变化范围
与典型目标的飞行、运动空域是相对应的）
⏹分类：
⏹按目标信号的馈入方式：
◆辐射式：辐射信号为微波、毫米波、红外、紫外等
◆注入式：中频注入、视频注入和低频注入
⏹按结构：
◆射频：机械式、阵列式、机电混合式
◆光学：机械式、平行光管、复合扩束式
⏹辐射式比注入式复杂
⏹一般: 寻的制导采用辐射式，指令制导采用注入式
⏹主要指标：目标位置精度、响应速度
目标仿真器：是从目标数据库提取目标数据（含背景和干扰数据），到目标仿真器输出仿真的目标参数，应达到所要求的精度和响应速度。
可能是射频的（雷达制导）、光学的（含红外）
（2）飞行姿态仿真器（仿真转台）
作用：
⏹仿真导弹的姿态角运动，提供逼真的导弹姿态运动环境
⏹在实验条件下，仿真导弹在飞行中的姿态运动，有三轴
的、单轴的、五轴的
组成：台体、电子控制柜、能源系统
分类：
●按自由度数：
⏹单轴、双轴、三轴、多轴
●按伺服系统能源形式：
⏹电动、液压、电动液压混合
●按台体结构形式：
⏹立式、卧式
⏹制导体制与控制方式均将影响转台的形式
驱动方式：电动、液压
主要技术指标：
✧负载尺寸、质量、惯量，
✧轴线垂直度，轴线交点偏差
✧转台的结构形式：UUU、OOO、UOO、OUT
✧角位置精度、角度变化范围
✧角速度精度及变化范围
✧最大角加速度
✧频率响应特性
就目前的水平，做成一台所有情况下都能适用的万能的三轴转台是不可能的，也是不必要的。
一般在导弹的制导控制系统半实物仿真中，采用两部转台：
✧一台置放导引头：导引头结构重量大，转台要承受较大
的负载，使转台的结构比较笨重，限制了转台的频响（快
速性）
✧一台置放自动驾驶仪的位置陀螺和速率陀螺：位置陀螺
和速率陀螺的重量和体积都比较小，转台的负载小，可
以采用较小的结构，因而具有较好的频响特性
（3）舵面负载力矩仿真器•作用：
➢仿真导弹在实际飞行过程中作用于导弹操纵机构（舵、副翼）上的空气动力相对于操纵机构转轴的负载力矩。
➢主要是铰链力矩：随飞行高度、Ma数、舵偏角、攻角变化而变化。
➢在半实物仿真中对操纵机构实时加载
➢操纵机构的设计、研制和数学模型的验证
➢研究制导控制系统的稳定性、飞行故障诊断
➢对导弹来说，操纵机构相当于执行机构，极其重要！
分类：
➢按加载方式：负载力（舵面）、负载力矩（舵轴）
➢按力矩变化方式：定点式、随动式
➢按产生力的方式：机械弹簧、液压、电动
主要指标：
➢负载惯量、尺寸
➢输出力矩精度及最大输出力矩
➢输出轴的角度范围和位置精度
➢最大速度
➢频响特性
（4）仿真计算机
作用：
➢进行导弹运动学动力学模型、目标运动学模型以及导弹目标相对运动模型等的解算.
分类：
➢模拟计算机
➢数字计算机:YH-F1
➢数-模混合计算机：H700
主要指标：
➢运算速度，接口处理能力，时钟部件，丰富的支撑软件等.
（5）接口装置
•作用：
➢连接参试设备和仿真设备、仿真设备和仿真设备，实现数据交换；
•分类：
➢A/A
➢A/D
➢D/A
➢D/D
•主要指标：
➢实时性
➢精确性
（6）试验控制台
•作用：
➢对制导控制系统半实物仿真试验实施智慧和管理；•主要功能：
➢控制与人-机对话
➢图形、图像和数据显示记录
➢状态监控
➢通信
➢系统检测、故障诊断
➢实施应急措施和设备保护. （7）仿真软件系统
➢建模支撑软件、模型软件
➢仿真运行支撑软件
➢管理及数据处理软件
➢通信及接口处理软件等。