导航制导实验报告.doc

航天制导导航与控制实验报告 学院名称：学院 专业名称：导航制导与控制 学生姓名： 学 号： 1 实验任务 （1)了解半实物仿真的意义、工作原理，以及半实物仿真实验过程。 （2)学习使用MATLAB/Simulink搭建导弹弹体及制导控制回路模型，通过实验加深对相关知识的理解。 （3)针对给定导弹设计制导系统，完成数字仿真实验和实时仿真实验，提交实验报告。 2 实验相关基础知识 （1）导航（Navigation）：确定飞行器在初始状态和飞行状态的状态参数。利用测量元件测量飞行器运动参数，以拾取的量测量直接或经过计算，把它们表示成一定坐标系中的角度、速度、位置等状态量。由测量、传递、转换及计算等环节组成。 （2）探测（Detect）：确定目标飞行器的状态参数。利用探测元件测量目标飞行器运动参数，以拾取的量测量直接或经过计算，把它们表示成一定坐标系中的角度、速度、位置等状态量。由测量、传递、转换及计算等环节组成。 （3）制导（Guidance）：选择使飞行器从某一飞行状态达到要求状态的机动规律。利用导航状态量，按照给定的制导律，生成制导指令，操纵飞行器推力矢量变化来控制质心运动，达到期望的终端状态。包括导航状态量处理、生成制导指令、控制发动机推力或舵面等环节。 （4）姿态控制（Control）：保证飞行器状态稳定和执行制导所要求的机动（姿态机动和质心机动）。利用姿态敏感器件量测量、导航状态量和导引信息，经过控制装置形成控制指令，操纵飞行器姿态运动，实现跟踪制导导引要求和克服多种干扰影响，保持飞行器运动稳定性。由敏感器件、控制装置与被控对象——飞行器构成的闭环就是姿态控制系统。是控制与稳定飞行器绕质心的运动。 3 导引方法介绍 根据导弹和目标的相对运动关系，导引方法可分为以下几种： （1）按导弹速度向量与目标视线（又称弹目视线，即导弹与目标连线）的相对位置分为追踪法（导弹速度向量与视线重合，即导弹速度方向始终指向目标）和常值前置角法（导弹速度向量超前视线一个常值角度）。 （2）按目标视线在空间的变化规律分为平行接近法（目标视线在空间平行移动）和比例导引法（导弹速度矢量的转动角速度与目标视线的转动角速度成比例）。 （3）按导弹纵轴与目标视线的相对位置分为直接法（两者重合）和常值方位角法（纵轴超前一个常值角度）。 （4）按制导站与导弹连线和制导站与目标连线的相对位置分为三点法（两连线重合）和前置量法（又称角度法或矫直法，制导站与导弹连线超前一个角度）。 以上导引方法都是经典导引方法。一般而言，经典导引律需要的信息量少，结构简单，易于实现，因此，现役的战术导弹大多数使用经典导引律或其改进形式。但是对于高性能的大机动目标，尤其在目标采用各种干扰措施的情况下，经典的导引律就不太适用了。随着计算机技术的迅速发展，基于现代控制理论的现代导引律(如最优导引律、微分对策导引律、自适应导引律、微分几何导引律、反馈线性化导引律、神经网络导引律等)得到迅速发展。 与经典导引律相比，现代导引律有许多优点，如脱靶量小，导弹命中目标时姿态角满足特定要求，对抗目标机动和干扰能力强，弹道平直，弹道需用法向过载分布合理，作战空域增大等等。因此，用现代导引律制导的导弹截击未来战场上出现的高速度、大机动、有施放干扰能力的目标是非常有效的。但是，现代导引律结构复杂，需要测量的参数较多，给导引律的实现带来了困难。不过，随着微型计算机的不断发展，现代导引律在工程当中的应用为期不远。 4 实验原理介绍 4.1 半实物仿真 半实物仿真系统由综合控制台、仿真计算机、弹载计算机、三轴转台及其伺服系统、惯性测量组件、三维视景仿真系统、仿真数据备份及分析系统、实时通讯网络等物理仿真设备组成。对于不直接参加半实物仿真的弹上设备或组件，在仿真过程中以数学仿真模型代之，但它们的接口与实物一致。 半实物仿真（hardware in the loop simulation）是将数字仿真和物理仿真结合起来的一种仿真技术，从英文字面理解就是“硬件在回路仿真”。在半实物仿真过程中，部分模型为数字模型，在仿真计算机上运行，部分模型为物理模型，直接接入仿真回路。半实物仿真比数字仿真更接近真实情况，同时又可以解决物理仿真中一些难以模拟的状态，是一种重要的仿真手段。例如导弹的地面仿真实验，导引头、惯性测量组件、舵机等可以接入仿真回路，然后采用目标模拟器模拟目标特性，采用转台模拟导弹空间姿态，采用负载模拟器模拟舵轴承受的铰链力矩，采用加速度仿真器模拟导弹线加速度；同时采用数学模型计算导弹的空间运动学和动力学，就构成导弹的半实物仿真系统。半实物仿真是导弹研制过程中不可缺少的重要手段。 4.2 仿真模型的建立 本实验中，采用MATLAB/Simulink搭建用于仿真的制导控制系统数学模型。 MAT