简易制导航弹的弹道特性与数字仿真
|
摘要
本文以简易制导航弹为研究对象，分析了其所受外力及力矩的作用情况，建立了相应的坐标系统和完整的空间运动的数学模型。在此基础上，通过小扰动理论将简易制导航弹的空间运动数学模型化简，得到简易制导航弹的空间扰动运动数学模型。根据简易制导航弹的实际飞行情况，作出了一些假设条件，将简易制导航弹的空间扰动运动分解成纵向扰动运动和侧向扰动运动，并相应的得到两个通道的数学模型。考虑到简易制导航弹的空间机动能力有限，因此本文主要分析了简易制导航弹在纵向平面的动态特性，研究了简易制导航弹的稳定性和操纵性。根据自动控制原理，本文确定了PID控制的策略，建立了PID控制器，并由根轨迹设计方法和频率设计方法确定了相应的控制器系数。对简易制导航弹进行数字仿真，完成了对制导与控制系统参数的考核。进行了简易制导航弹的地面半实物仿真。
The simply guided bomb(SGB) is researched in this paper. The forces and moments acting on the bomb are analyzed and the corresponding reference frames and motion model are built .Based on disturbance theory ,the mathematical model is simplified .What's more, taking real flight of the SGB into account, some assumptions are given .On the basis of these assumptions, the motion of the SGB is broke into the motion in vertical plane and the motion in the horizontal plane.Dynamic characteristics of the motion in vertical plane is mainly studied. PID control method is established and the corresponding parameters are got with the methods of roots design and frequency design.Finally,numeric simulation and semi-objects simulation are finished.
The simply guided bomb(SGB) is researched in this paper. The forces and moments acting on the bomb are analyzed and the corresponding reference frames and motion model are built .Based on disturbance theory ,the mathematical model is simplified .What's more, taking real flight of the SGB into account, some assumptions are given .On the basis of these assumptions, the motion of the SGB is broke into the motion in vertical plane and the motion in the horizontal plane.Dynamic characteristics of the motion in vertical plane is mainly studied. PID control method is established and the corresponding parameters are got with the methods of roots design and frequency design.Finally,numeric simulation and semi-objects simulation are finished.
引文
1 钱杏芳．导弹飞行力学．北京工业出版社，1987
2 А.А.列别捷夫，Л.С.契尔诺勃洛夫金，张炳暄等译．无人驾驶飞行器的飞行动力学．国防工业出版社，1964
3 陈士橹，吕学富．导弹飞行力学．航空专业材料编审组，1983
4 曾颖超．导弹飞行动态分析(上、下册)．西北工业大学，1981
5 С.А.高尔巴钦科．飞行力学手册．国防工业出版社，1974
6 周慧中，李忠应．有翼导弹飞行动力学．航空专业材料编写组，1983
7 余俊，廖道讯．最优化方法与其应用．华中工学院出版社，1984
8 吴姚华．优化方法与优化设计．华东工学院，1990
9 陈士橹．近代飞行器飞行力学．西北工业大学出版社，1987
10 路史光．飞航导弹总体设计．宇航出版社，1991
11 张毅，杨辉耀，李俊莉．弹道导弹弹道学．国防科技大学出版社，1999
12 沙钰．弹道导弹精度分析概论．国防科技大学出版社，1995
13 纪楚群．导弹空气动力学．宇航出版社，1996
14 文仲辉．导弹系统分析与设计．北京理工大学出版社，1989
15 龙乐豪．导弹与航天丛书总体设计(上册)．宇航出版社，1989
16 陈佳实．导弹制导和控制系统的分析与设计．宇航出版社，1989
17 娄寿春．导弹制导技术．宇航出版社，1989
18 侯世明．导弹总体设计与试验．宇航出版社，1996
19 袁兆鼎．防空导弹设计中的数值方法．宇航出版社，1991
20 陈定昌，王连成．防空导弹武器系统软件工程．宇航出版社，1994
21 彭冠一．防空导弹武器制导控制系统设计(上)．宇航出版社，1996
22 袁起．防空导弹武器制导控制系统设计(下)．宇航出版社，1996
23 赵善友．防空导弹系列丛书 防空导弹武器寻的制导控制系统设计．宇航出版社，1992
24 程云龙．防空导弹自动驾驶仪设计．宇航出版社，1993
25 路史光．飞航导弹武器系统试验．宇航出版社，1991
26 兵器工业弹箭专业情报网．国外末端制导技术调查报告之三 国外末端制导炸弹导弹译文集．
27 陆彦．航空火力控制技术．国防工业出版社，1997
28 陆彦，吴象东，李续武．航空外弹道学．西北工业大学出版社，1985
29 Vladimir A.Chobotov．航天器的姿态动力学与控制．航空工业出版社，1992
30 赵承庆，姜毅．火箭导弹武器系统概论．北京理工大学出版社，1996
31 М.Н.卡普兰．空间飞行器动力学和控制．科学出版社，1981
32 陈世年．控制系统设计．宇航出版社，1996
33 黄圳圭．研究生教材 航天器姿态动力学．国防科技大学出版社，1997
34 武凌斯．有翼导弹引论．国防工业出版社，1979
35 白文林．有翼导弹总体设计原理．西北工业大学出版社，1992
36 李天森．鱼雷操纵性．国防工业出版社，1999
37 《鱼雷力学》编著组．鱼雷力学．国防工业出版社，1992
38 徐德民．鱼雷自动控制系统．西北工业大学出版社，1991
39 程国采．战术导弹导引方法．国防工业出版社，1996
40 张有济．战术导弹飞行力学设计(上、下)．宇航出版社，1998
41 赵汉元．大气飞行器姿态动力学．国防科技大学出版社，1995
42 И·В·斯特拉热娃，В·С·梅尔库莫夫．飞行力学的向量矩阵法．1977
43 С.А.高尔巴钦科．飞行力学手册 第二册—飞行器运动的计算与分析—．国防工业出版社，1975
44 赵汉元．飞行器再入动力学和制导．国防科技大学出版社，1997
45．R.凯恩，P.W.莱金斯，D.A.李文森．航天飞行器动力学．科学出版社，1988
46 国防科工委军用仿真技术专业组．军用仿真技术 专辑
47 方辉煜．防空导弹武器系统仿真．宇航出版社，1995
48 潘荣霖．飞航导弹自动控制系统．宇航出版社，1991
49 中国航天工业公司人事劳动教育局．弹道导弹、运载火箭控制系统设计与分析．宇航出版社，1999
50 Garneli,P.导弹控制系统．国防工业出版社，1985
51 曹金涛，许瑞杰．飞行器飞行与控制．国防工业出版社，1988
52 徐延万．控制系统(上册)．宇航出版社，1989
53 王翼．自动控制中的基础数学——微分方程与差分方程．科学出版社，1987
54 张明廉．飞行控制系统．国防工业出版社，1984
55 周立峰．根轨迹法及其在自动控制中的应用．四川科学技术出版社，1985
56 赵长安．控制系统设计手册 上册．国防工业出版社，1991
57 绪方胜彦．现代控制工程．科学出版社，1976
58 肖建编著．现代控制系统综合与设计．中国铁道出版社，2000
59 华中理工大学．自动控制理论习题集．机械工业出版社，1983
60 谢绪恺．现代控制理论基础．辽宁人民出版社，1980
61 尤昌德，阙志宏，杜继宏．现代控制理论基础例题与习题．电子科技大学出版社，1991
62 汪声远．现代控制理论简明教程．北京航空航天大学出版社，1990
63 华东师范大学数学系控制理论教研室著．现代控制理论引论．上海科技出版社，1984
64 舒兆根．现代控制引论．国防科技大学出版社，1997
65 R.C.韦里克．自动控制基础(非自控专业用)．上海科学技术出版社，1983
66 须田信英等著．自动控制中的矩阵理论．科学出版社，1979
67 P.R.贝文顿．数据处理和误差分析．知识出版社，1986
68 欧阳联渊．计算机数值计算方法．国防工业出版社，1997
69 邹海．最优设计中的新计算法．新时代出版社，1982
70 蔡宣三编著．最优化与最优控制．清华大学出版社，1982
71 徐士良．C常用算法程序集(第二版)．清华大学出版社，1996
72 汤岳清，范雄．C语言的工程应用．电子工业出版社，1995
73 苏海岛，黎连业．C语言数值计算常用程序．警察教育出版社，1996
74 Kate Gregory著．Visual C++6开发使用手册．电子工业出版社，1998
75 沈毅、刘翀、王焕钢．激光制导炸弹控制通道模型参考变结构控制．兵工学报，2001(2)：78～82
76 严卫生、任章、康风举、徐得民．某空投鱼雷浅水控制方案的半实物仿真．兵工学报，2000(5)：184～187
77 于英杰、张云、刘藻珍．制导航弹飞行力学中的坐标系研究．兵工学报，2002(5)：201～204
78 单家元、徐红．激光制导航空炸弹半实物仿真系统总控制台．战术导弹控制技术．2001(2)：22～27
79 孟秀云、张勇．变结构控制在制导航弹控制器设计中的应用．弹箭与制导学报．2001，21(3)：33～39
80 孟秀云、刘藻珍、邹静涛．火箭弹简易控制系统分析．弹箭与制导学报．2001，21(4)：60～62
81 李洪辱、冯振声、李柯．基于面向对象技术的弹道导弹六自由度仿真研究．弹箭与制导学报．2001，21(1)：11～14
82 聂永芳、周卿吉、张涛．制导规律研究现状及展望．飞行力学，2000，19(3)：7～11
83 Ronald J Norman.. Object-Oriented System Analysis and Design. [J].Prentice Hall 1996, 22(2): 14-18
84 Barcio B T,Ramaswamy S,Macfadzean R,Barber K S.Object-Oriented Analysis, Modeling, and Simulation of a National Air Defense System[J].SIMULATION, 1996, 66(1):5-21
85 Kim M ,Grider K V. Terminal Guidance for impact attitude angle constrained flight trajectories.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1973,AES9(6): 852-859
86 秦之谨、伍赣相．国外战略弹道导弹的发展现状．William M Arkin.what's "new". The Bulletin of the Atomic Scientists, 1997
87 Stewart B. History of Minuteman system update. AIAA 97-3396
88 William M Arkin .Dangerous directions.The Bulletin of the Atomic Scientists, 1998
89 Richard L Garwin.Stewardship:Don't claim too much or too little.The Bulletin of the Atomic Scientists, 1998
90 Russian strategic nuclear forces, end of 1998.The Bulletin of the Atomic Scientists,1998
91 U.S.strategic nuclear forces, end of 1998. The Bulletin of the Atomic Scientists, 1999 Ben Sheppard. Too close fo comfort: ballistic ambitions in South Asia. Jane's Ineligence Review, 1998
92 Steven J Zalog.RVSN revival rests with the Topol-M. Jane's Inteligence Review, 1998.
93 China & Russia continue to modernize ICBM/SLBM. World Aerospace & Defence Intelligence, 1998.
94 Russia ICBM, SLBM. Missile Forecast 1998
95 Strategic Missiles.Airforce Magazine, 1998
96 U.S.strategic nuclear foeces, end of 1997.the Bulletin of Atomic Scientists, 1998
97 Tridend test Kit redesign. Jane's Missiles & Rockets,1998
98 Joseph C Anselmo. TRW win ICBM work.Aviation Week & Space Technology, 1998
99 Missile face murky future. Aviation Week & Space Technology, 1998
100 David A Fulghum. Russia missile tests yield mixed results. Aviation Week & Space Technology, 1998
101 Russia ICBM test. Jane's Defence Weekly,1998
102 Well-guided launch test for minuteman Ⅲ.. Jane's Defence Weekly, 1998
103 Guidance replacement program(GRP),www.boeing.com
104 Honeywell space systems receives contract for minuteman Ⅲ flight computers.www.
105 Richardson D.Missile contests marked by vicious competition[J].Interavia, 1997,56(6)
106 Yuan P J,Chern J S. Analytic study of biased proprotion navigation[J]. Journal of Guidance, Control and Dynamic, 1992,15(1): 185-190
107 Bahu K R, Sarma I G,Swamy K N. Switched bias proportion navigation for homing guidance against highly maneuvering targets [J].Journal of Guidance ,Control and Dynamics, 1994,17(6): 1357-1362
108 Guelman M,Shinar J.Optimal guidance law in the plane [J].Journal of Guidance ,Control and Dynamics, 1984,7(6):471-476.
2 А.А.列别捷夫，Л.С.契尔诺勃洛夫金，张炳暄等译．无人驾驶飞行器的飞行动力学．国防工业出版社，1964
3 陈士橹，吕学富．导弹飞行力学．航空专业材料编审组，1983
4 曾颖超．导弹飞行动态分析(上、下册)．西北工业大学，1981
5 С.А.高尔巴钦科．飞行力学手册．国防工业出版社，1974
6 周慧中，李忠应．有翼导弹飞行动力学．航空专业材料编写组，1983
7 余俊，廖道讯．最优化方法与其应用．华中工学院出版社，1984
8 吴姚华．优化方法与优化设计．华东工学院，1990
9 陈士橹．近代飞行器飞行力学．西北工业大学出版社，1987
10 路史光．飞航导弹总体设计．宇航出版社，1991
11 张毅，杨辉耀，李俊莉．弹道导弹弹道学．国防科技大学出版社，1999
12 沙钰．弹道导弹精度分析概论．国防科技大学出版社，1995
13 纪楚群．导弹空气动力学．宇航出版社，1996
14 文仲辉．导弹系统分析与设计．北京理工大学出版社，1989
15 龙乐豪．导弹与航天丛书总体设计(上册)．宇航出版社，1989
16 陈佳实．导弹制导和控制系统的分析与设计．宇航出版社，1989
17 娄寿春．导弹制导技术．宇航出版社，1989
18 侯世明．导弹总体设计与试验．宇航出版社，1996
19 袁兆鼎．防空导弹设计中的数值方法．宇航出版社，1991
20 陈定昌，王连成．防空导弹武器系统软件工程．宇航出版社，1994
21 彭冠一．防空导弹武器制导控制系统设计(上)．宇航出版社，1996
22 袁起．防空导弹武器制导控制系统设计(下)．宇航出版社，1996
23 赵善友．防空导弹系列丛书 防空导弹武器寻的制导控制系统设计．宇航出版社，1992
24 程云龙．防空导弹自动驾驶仪设计．宇航出版社，1993
25 路史光．飞航导弹武器系统试验．宇航出版社，1991
26 兵器工业弹箭专业情报网．国外末端制导技术调查报告之三 国外末端制导炸弹导弹译文集．
27 陆彦．航空火力控制技术．国防工业出版社，1997
28 陆彦，吴象东，李续武．航空外弹道学．西北工业大学出版社，1985
29 Vladimir A.Chobotov．航天器的姿态动力学与控制．航空工业出版社，1992
30 赵承庆，姜毅．火箭导弹武器系统概论．北京理工大学出版社，1996
31 М.Н.卡普兰．空间飞行器动力学和控制．科学出版社，1981
32 陈世年．控制系统设计．宇航出版社，1996
33 黄圳圭．研究生教材 航天器姿态动力学．国防科技大学出版社，1997
34 武凌斯．有翼导弹引论．国防工业出版社，1979
35 白文林．有翼导弹总体设计原理．西北工业大学出版社，1992
36 李天森．鱼雷操纵性．国防工业出版社，1999
37 《鱼雷力学》编著组．鱼雷力学．国防工业出版社，1992
38 徐德民．鱼雷自动控制系统．西北工业大学出版社，1991
39 程国采．战术导弹导引方法．国防工业出版社，1996
40 张有济．战术导弹飞行力学设计(上、下)．宇航出版社，1998
41 赵汉元．大气飞行器姿态动力学．国防科技大学出版社，1995
42 И·В·斯特拉热娃，В·С·梅尔库莫夫．飞行力学的向量矩阵法．1977
43 С.А.高尔巴钦科．飞行力学手册 第二册—飞行器运动的计算与分析—．国防工业出版社，1975
44 赵汉元．飞行器再入动力学和制导．国防科技大学出版社，1997
45．R.凯恩，P.W.莱金斯，D.A.李文森．航天飞行器动力学．科学出版社，1988
46 国防科工委军用仿真技术专业组．军用仿真技术 专辑
47 方辉煜．防空导弹武器系统仿真．宇航出版社，1995
48 潘荣霖．飞航导弹自动控制系统．宇航出版社，1991
49 中国航天工业公司人事劳动教育局．弹道导弹、运载火箭控制系统设计与分析．宇航出版社，1999
50 Garneli,P.导弹控制系统．国防工业出版社，1985
51 曹金涛，许瑞杰．飞行器飞行与控制．国防工业出版社，1988
52 徐延万．控制系统(上册)．宇航出版社，1989
53 王翼．自动控制中的基础数学——微分方程与差分方程．科学出版社，1987
54 张明廉．飞行控制系统．国防工业出版社，1984
55 周立峰．根轨迹法及其在自动控制中的应用．四川科学技术出版社，1985
56 赵长安．控制系统设计手册 上册．国防工业出版社，1991
57 绪方胜彦．现代控制工程．科学出版社，1976
58 肖建编著．现代控制系统综合与设计．中国铁道出版社，2000
59 华中理工大学．自动控制理论习题集．机械工业出版社，1983
60 谢绪恺．现代控制理论基础．辽宁人民出版社，1980
61 尤昌德，阙志宏，杜继宏．现代控制理论基础例题与习题．电子科技大学出版社，1991
62 汪声远．现代控制理论简明教程．北京航空航天大学出版社，1990
63 华东师范大学数学系控制理论教研室著．现代控制理论引论．上海科技出版社，1984
64 舒兆根．现代控制引论．国防科技大学出版社，1997
65 R.C.韦里克．自动控制基础(非自控专业用)．上海科学技术出版社，1983
66 须田信英等著．自动控制中的矩阵理论．科学出版社，1979
67 P.R.贝文顿．数据处理和误差分析．知识出版社，1986
68 欧阳联渊．计算机数值计算方法．国防工业出版社，1997
69 邹海．最优设计中的新计算法．新时代出版社，1982
70 蔡宣三编著．最优化与最优控制．清华大学出版社，1982
71 徐士良．C常用算法程序集(第二版)．清华大学出版社，1996
72 汤岳清，范雄．C语言的工程应用．电子工业出版社，1995
73 苏海岛，黎连业．C语言数值计算常用程序．警察教育出版社，1996
74 Kate Gregory著．Visual C++6开发使用手册．电子工业出版社，1998
75 沈毅、刘翀、王焕钢．激光制导炸弹控制通道模型参考变结构控制．兵工学报，2001(2)：78～82
76 严卫生、任章、康风举、徐得民．某空投鱼雷浅水控制方案的半实物仿真．兵工学报，2000(5)：184～187
77 于英杰、张云、刘藻珍．制导航弹飞行力学中的坐标系研究．兵工学报，2002(5)：201～204
78 单家元、徐红．激光制导航空炸弹半实物仿真系统总控制台．战术导弹控制技术．2001(2)：22～27
79 孟秀云、张勇．变结构控制在制导航弹控制器设计中的应用．弹箭与制导学报．2001，21(3)：33～39
80 孟秀云、刘藻珍、邹静涛．火箭弹简易控制系统分析．弹箭与制导学报．2001，21(4)：60～62
81 李洪辱、冯振声、李柯．基于面向对象技术的弹道导弹六自由度仿真研究．弹箭与制导学报．2001，21(1)：11～14
82 聂永芳、周卿吉、张涛．制导规律研究现状及展望．飞行力学，2000，19(3)：7～11
83 Ronald J Norman.. Object-Oriented System Analysis and Design. [J].Prentice Hall 1996, 22(2): 14-18
84 Barcio B T,Ramaswamy S,Macfadzean R,Barber K S.Object-Oriented Analysis, Modeling, and Simulation of a National Air Defense System[J].SIMULATION, 1996, 66(1):5-21
85 Kim M ,Grider K V. Terminal Guidance for impact attitude angle constrained flight trajectories.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1973,AES9(6): 852-859
86 秦之谨、伍赣相．国外战略弹道导弹的发展现状．William M Arkin.what's "new". The Bulletin of the Atomic Scientists, 1997
87 Stewart B. History of Minuteman system update. AIAA 97-3396
88 William M Arkin .Dangerous directions.The Bulletin of the Atomic Scientists, 1998
89 Richard L Garwin.Stewardship:Don't claim too much or too little.The Bulletin of the Atomic Scientists, 1998
90 Russian strategic nuclear forces, end of 1998.The Bulletin of the Atomic Scientists,1998
91 U.S.strategic nuclear forces, end of 1998. The Bulletin of the Atomic Scientists, 1999 Ben Sheppard. Too close fo comfort: ballistic ambitions in South Asia. Jane's Ineligence Review, 1998
92 Steven J Zalog.RVSN revival rests with the Topol-M. Jane's Inteligence Review, 1998.
93 China & Russia continue to modernize ICBM/SLBM. World Aerospace & Defence Intelligence, 1998.
94 Russia ICBM, SLBM. Missile Forecast 1998
95 Strategic Missiles.Airforce Magazine, 1998
96 U.S.strategic nuclear foeces, end of 1997.the Bulletin of Atomic Scientists, 1998
97 Tridend test Kit redesign. Jane's Missiles & Rockets,1998
98 Joseph C Anselmo. TRW win ICBM work.Aviation Week & Space Technology, 1998
99 Missile face murky future. Aviation Week & Space Technology, 1998
100 David A Fulghum. Russia missile tests yield mixed results. Aviation Week & Space Technology, 1998
101 Russia ICBM test. Jane's Defence Weekly,1998
102 Well-guided launch test for minuteman Ⅲ.. Jane's Defence Weekly, 1998
103 Guidance replacement program(GRP),www.boeing.com
104 Honeywell space systems receives contract for minuteman Ⅲ flight computers.www.
105 Richardson D.Missile contests marked by vicious competition[J].Interavia, 1997,56(6)
106 Yuan P J,Chern J S. Analytic study of biased proprotion navigation[J]. Journal of Guidance, Control and Dynamic, 1992,15(1): 185-190
107 Bahu K R, Sarma I G,Swamy K N. Switched bias proportion navigation for homing guidance against highly maneuvering targets [J].Journal of Guidance ,Control and Dynamics, 1994,17(6): 1357-1362
108 Guelman M,Shinar J.Optimal guidance law in the plane [J].Journal of Guidance ,Control and Dynamics, 1984,7(6):471-476.