某巡航式飞行器控制系统建模与仿真
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摘要
本文以某个虚构的巡航式飞行器的飞行控制系统为研究对象，首先讨论了一个简单的总体方案，然后根据此方案，在详细分析此飞行器运动学与动力学的基础上，建立了飞行器飞行仿真数学模型，并在允许的条件下进行简化得出了此飞行器线性化小扰动短周期运动模型与传递函数仿真模型。
根据以上建立的模型，本文重点论述了采用经典控制理论分析此巡航式飞行器控制系统的方法，并计算出此巡航式飞行器飞行控制系统的参数。然后在考虑限幅、延迟等非线性环节影响的基础上，进一步对控制系统的性能进行了仿真分析。此后以所得的分析结果为基础对此飞行器进行了六自由度有控飞行仿真。通过给出的部分仿真结果可以看出，本文得出的巡航式飞行器飞行控制系统结构合理，设计方法可靠，系统参数可以满足该飞行器控制的总体性能要求。同时，也可以为控制系统的半实物仿真以及飞行器实际飞行提供更为可信的参考数据。
最后，本文还对此飞行器控制系统的最优控制设计以及基于MTALAB的巡航式飞行器控制系统仿真软件设计方法进行了简单的探讨。
A flight trajectory math model of an assumed cruise aircraft is built according to a simple blue print of the flight control system,with the foundation of a particular analysis of its kinematics and dynamics. A linear light-disturbed minor-cycled movement model and the transform function models are got through some simplifications.
According to the models mentioned above,this paper lays emphasis on accounting the method of analyzing and designing the cruise aircraft's control system adopting the classical control theory,and then calculates the parameters of it. The flight control system's performance is also simulated with the effects of some nonlinear elements such as saturation and transport delay,and then the aircraft's six dimension trajectory flight simulation with the control system is done on the analyzing results. It can be seen that the structure and parameters of the flight control system are reasonable;the performance can meet the need of the task. At the same time,it can offer more creditable data for the hardware-in-the-loop simulation and the flight experiment.
In the end,the aircraft's optimized control system designing methods and the approaches of developing simulation software of this aircraft's control system based upon MATLAB are also briefly discussed.
根据以上建立的模型，本文重点论述了采用经典控制理论分析此巡航式飞行器控制系统的方法，并计算出此巡航式飞行器飞行控制系统的参数。然后在考虑限幅、延迟等非线性环节影响的基础上，进一步对控制系统的性能进行了仿真分析。此后以所得的分析结果为基础对此飞行器进行了六自由度有控飞行仿真。通过给出的部分仿真结果可以看出，本文得出的巡航式飞行器飞行控制系统结构合理，设计方法可靠，系统参数可以满足该飞行器控制的总体性能要求。同时，也可以为控制系统的半实物仿真以及飞行器实际飞行提供更为可信的参考数据。
最后，本文还对此飞行器控制系统的最优控制设计以及基于MTALAB的巡航式飞行器控制系统仿真软件设计方法进行了简单的探讨。
A flight trajectory math model of an assumed cruise aircraft is built according to a simple blue print of the flight control system,with the foundation of a particular analysis of its kinematics and dynamics. A linear light-disturbed minor-cycled movement model and the transform function models are got through some simplifications.
According to the models mentioned above,this paper lays emphasis on accounting the method of analyzing and designing the cruise aircraft's control system adopting the classical control theory,and then calculates the parameters of it. The flight control system's performance is also simulated with the effects of some nonlinear elements such as saturation and transport delay,and then the aircraft's six dimension trajectory flight simulation with the control system is done on the analyzing results. It can be seen that the structure and parameters of the flight control system are reasonable;the performance can meet the need of the task. At the same time,it can offer more creditable data for the hardware-in-the-loop simulation and the flight experiment.
In the end,the aircraft's optimized control system designing methods and the approaches of developing simulation software of this aircraft's control system based upon MATLAB are also briefly discussed.
引文
[1] 潘荣霖等编．飞航导弹自动控制系统．北京：宇航出版社，1991
[2] 贾沛然，陈克俊，何力编．远程火箭弹道学，长沙：国防科技大学出版社，1993
[3] 徐延万等．控制系统(上、中、下)．北京：宇航出版社，1989
[4] (英)P加涅尔．导弹控制系统．北京：国防工业出版社，1985
[5] 陈佳实主编，导弹制导和控制系统的分析与设计，北京，宇航出版社，1989
[6] DeBra D.B, Gottzern E. Automatic control in aerospace 1992, Selected papers from 12th IFAC Syrnposium, Ottobrunn
[7] Law, Averill M, Kelton W David. Simulation Modeling and Analysis [M]. Mc Graw-Hill Inc, 1991
[8] Mcruer D, Ashkenas I and Grahurn D. Aircraft Dynamic and Automatic Control. 1973
[9] [德]鲁道夫·布罗克豪斯．飞行控制．北京：国防工业出版社，1999
[10] 戴健钧编．导弹概论．长沙：国防科大出版社，1987
[11] 王宗学编．飞行器控制系统概论．北京：北京航空航天大学出版社，1993
[12] 文传源编．现代飞行控制系统．北京：北京航空航天大学出版社，1992
[13] 于长官编．现代控制理论．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997
[14] 顾启泰编．应用仿真技术．北京：国防工业出版社，1995
[15] 陆元九编．惯性器件(上、下)．北京：宇航出版社，1990
[16] 丁兰芳编．飞航导弹电气系统设计．北京：宇航出版社，1994
[17] 潘荣霖等编．飞航导弹测高装置与伺服机构．北京：宇航出版社，1993
[18] 王行任等编．飞行实时仿真系统及技术．北京：北京航空航天大学出版社，1998
[19] 雷虎民，楼顺天等．六自由度导弹制导系统的建模与仿真研究．系统仿真学报，1999(1)
[20] 邓方林，阎斌，王仕成．大型弹道式飞行器六自由度仿真研究与展望．宇航学报，1999(3)
[21] 胡峰，孙国基．航天仿真技术的现状及展望．系统仿真学报，1999(2)
[22] 顾文锦，王士星，韦峰．远程飞航导弹的非线性控制系统设计．宇航学报，1999(2)
[23] 李洪儒，高文辉，冯振声．基于面向对象技术的飞行器六自由度仿真研究．信息与控制，2000(1)
[24] 曹金涛，许瑞杰编．飞行器飞行与控制．北京：国防工业出版社，1988
[25] S. Dubousby, etc. The Dynamic Modeling of Flexible Spatial Machine System with the Clearance Connections. J. Machenisms Transmission and Automation in Design. march, 1987
[26] J.H.Blakelock. Automatic Control of Aircraft and Missile. New York: John Wiley and Sons Inc, 1965
[27] P. Gamell and D.J. East. Guided Weapon Control system. 1977
[28] Brain L. Stevens, Frank L. Lewis. Aircraft Control and Simulation. 1992
[29] Key Cruise Missile Technologies in Detail. Lancaster University, 1996
[30] (苏)列别捷夫，(苏)卡拉班诺夫著．无人驾驶飞行器控制系统动力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
[31] 季向东，冯振声，高文辉．基于SIMULINK的便携式红外寻的防空导弹制导控制系统建模仿真．火力与指挥控制，1999(3)
[32] 施阳，李俊等编．MATLAB语言工具箱——Toolbox实用指南．西安：西北工业大学出版社，1998
[33] 程卫国等编．MATLAB5.3应用指南．北京：人民邮电出版社，1999
[34] 魏克新，王云亮，陈志敏编．MATLAB语言与自动控制系统设计．北京：机械工业出版社，1997
[35] 田萃薇编．计算方法引论．北京：高等教育出版社．1985
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