2-《制導與控制》課程實驗指導書

控制科學與工程研究生學科綜合實驗中心《制導與控制》課程實驗指導書郭鴻武李興瑋機電工程與自動化學院

二0—一年四月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 1\o"CurrentDocument"1、 實驗目的與任務 12、 實驗內(nèi)容與要求 1\o"CurrentDocument"3、 實驗設(shè)備與條件 24、 實驗基本步驟 2\o"CurrentDocument"5、 實驗注意事項 4引言制導與控制課程實驗是制導與控制專業(yè)方向碩士研究生必修課中的重要實踐教學環(huán)節(jié)。課程提供典型精確制導武器的建模、分析、設(shè)計、試驗等方面的綜合實驗項目，使研究生學員掌握制導控制系統(tǒng)的基本理論和分析、設(shè)計、試驗方法，并能自行設(shè)計制導控制系統(tǒng)，對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，撰寫實驗報告，通過該課程為控制科學與工程及相關(guān)學科研究生從事科學研究打下良好的實踐基礎(chǔ)。1、 實驗目的與任務制導與控制技術(shù)是精確制導武器的核心技術(shù)，是控制、兵器、航空、航天等領(lǐng)域工程技術(shù)人才必須掌握的技術(shù)之一。制導與控制系統(tǒng)的仿真是制導控制系統(tǒng)設(shè)計過程中必不可少的試驗環(huán)節(jié)，它充分利用計算機領(lǐng)域的最新成果，將精確制導武器的整個運動過程在計算機中模擬出來，通過虛擬的“飛行試驗”加深對系統(tǒng)的理解、改進系統(tǒng)的設(shè)計、開展系統(tǒng)性能的評估。MATLABSimulink軟件是目前使用最方便、應用最廣泛的仿真軟件之一，本實驗綜合了精確制導武器分析、設(shè)計、仿真等實踐內(nèi)容，旨在通過典型導彈制導控制系統(tǒng)的特性分析與創(chuàng)新設(shè)計，培養(yǎng)研究生的對制導武器控制系統(tǒng)的概念理解、分析設(shè)計、試驗驗證的能力。具體包括：＞培養(yǎng)使用MATLABSimulink軟件建模的能力；＞掌握制導控制系統(tǒng)設(shè)計的方法和技術(shù)；＞掌握分析制導控制系統(tǒng)性能的試驗方法。2、 實驗內(nèi)容與要求2.1實驗內(nèi)容以典型導彈為對象，進行彈體運動特性分析，設(shè)計制導律和控制回路，利用MATLABSimulink軟件進行分析驗證。實驗1：導彈彈體的建模與仿真根據(jù)典型導彈動力學、運動學方程，進行彈體運動特性分析，編寫彈體仿真模型，并進行無控彈道仿真;實驗2：制導律和控制律設(shè)計根據(jù)導彈的運動學模型，設(shè)計制導律；推導彈體運動的傳遞函數(shù)，進行導彈控制回路設(shè)計；實驗3：導彈系統(tǒng)閉環(huán)仿真基于所設(shè)計的制導控制律和彈體模型，采用MATLABSimulink軟件進行制導控制系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)學仿真。2.2實驗要求＞進行彈體運動特性分析，給出彈體運動特性分析結(jié)果，＞編寫彈體仿真模型并進行仿真，繪制無控彈道飛行數(shù)據(jù)曲線；＞應用任意一種經(jīng)典制導方法設(shè)計制導律，給出制導律的設(shè)計思路、設(shè)計過程，列寫設(shè)計結(jié)果——制導方程；＞應用經(jīng)典控制理論進行導彈控制回路設(shè)計，給出控制律的設(shè)計思路、設(shè)計過程，列寫設(shè)計結(jié)果——控制方程；＞編寫制導控制律的仿真模型＞將無控彈體的仿真模型和制導控制律的仿真模型結(jié)合起來，進行閉環(huán)數(shù)學仿真，分析所設(shè)計的制導控制律的性能，給出對制導控制律性能的分析結(jié)果，繪制制導彈道飛行數(shù)據(jù)曲線。3、 實驗設(shè)備與條件安裝有MATLABSimulink軟件的通用計算機。4、 實驗基本步驟4.1實驗1：導彈彈體的建模與仿真4.1.1實驗準備熟悉MATLABSimulink軟件。具體步驟為：（1） 雙擊“Matlab7.1”圖標，啟動MATLAB軟件；（2） 熟悉MATLAB菜單和快捷工具的使用；（3） 單擊“Simulink”快捷工具，啟動Simulink軟件；(4) 在SimulinkLibraryBrower界面中，熟悉Simulink菜單的使用。4.1.2彈體模型的建模利用MATLABSimulink軟件完成典型導彈彈體模型的建模。具體步驟為：將彈體模型分解成質(zhì)心動力學方程、繞質(zhì)心的運動學方程、歐拉角方程、高度方程、速度方程、氣動參數(shù)插值計算方程等部分；在SimulinkLibraryBrower中，通過File/new/Model菜單新建一個模型文件，如“Test.mdl”(以此為例，下同)；在“Test”界面中，實現(xiàn)上述彈體模型各部分中的某個Simulink模塊；保存文件。如果彈體模型尚未建立完畢，轉(zhuǎn)(3)否則，轉(zhuǎn)(5)彈體模型的建模完成。4.1.3無控彈道的仿真進行無控彈道的數(shù)學仿真，繪制無控彈道飛行數(shù)據(jù)曲線。具體步驟為：在"Test”界面中，通過Simulation/SimulationParameter菜單打開仿真參數(shù)設(shè)置窗口；在"SimulationParameter”窗口中，通過“Slover”選項卡設(shè)置仿真開始時間(Starttime)為0.0、結(jié)束時間(Stoptime)為200.0、Slover類型(type)為"fixed-step”和對應的方程類型(Starttime)為“ode4”，保存；在“SimulationParameter”窗口中，設(shè)置仿真模式為"Normal”，保存；在"SimulationParameter”窗口中，單擊"Start”，啟動仿真試驗；若有錯誤提示，仔細檢查，排除錯誤，保存文件。再單擊"Start”，重新啟動仿真試驗；若仍有錯誤提示，反復執(zhí)行此條，直至再無錯誤提示，而仿真試驗正常進行。查看示波器(Scope)控件上的有關(guān)仿真曲線；分析有關(guān)數(shù)據(jù)，繪制無控彈道飛行數(shù)據(jù)曲線。4.2實驗2：制導律和控制律設(shè)計4.2.1制導律的設(shè)計簡化導彈運動方程，應用任意一種經(jīng)典制導方法進行制導律設(shè)計。4.2.2控制律的設(shè)計推導彈體運動的傳遞函數(shù)，應用經(jīng)典控制理論進行導彈控制回路設(shè)計。4.3實驗3：導彈系統(tǒng)閉環(huán)仿真4.3.1制導控制律的建模完成制導控制律仿真模型的建模。4.3.2閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學仿真制定試驗方案，將無控彈體的仿真模型和制導控制律的仿真模型結(jié)合起來，進行閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學仿真。分析仿真結(jié)果，繪制制導彈道飛行數(shù)據(jù)曲線，評估制導控制系統(tǒng)的性能，必要時修改設(shè)計，完成實驗研究報告。5、實驗注意事項＞