精確制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真

前言

系統(tǒng)仿真是一門基于相似理論和模型試驗(yàn)的綜合性學(xué)科，近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而得到迅速發(fā)展。它通過建立系統(tǒng)的模型，并將模型編寫成相關(guān)計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)的程序代碼和軟件，然后在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，通過分析模型的運(yùn)行結(jié)果來研究實(shí)際系統(tǒng)的性能。由于航空、航天系統(tǒng)的特殊性，完全通過實(shí)物試驗(yàn)來驗(yàn)證其各種性能是不可能的，需要耗費(fèi)大量的人力、經(jīng)費(fèi)和研制周期。因此，系統(tǒng)仿真的方法近年來在航空、航天領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，已經(jīng)成為飛行器研究過程中必不可少的重要手段之一，從方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)到定型試驗(yàn)，都離不開系統(tǒng)仿真的參與。基于這個(gè)原因，目前國內(nèi)外相關(guān)研究單位均建立了相關(guān)的專用仿真實(shí)驗(yàn)室，用于飛行器設(shè)計(jì)過程中的分析和測(cè)試，并對(duì)仿真理論和方法進(jìn)行深入的研究。本書是導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制專業(yè)的本科生教材，可供飛行器設(shè)計(jì)，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生使用，也可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。本書內(nèi)容共分為10章。第1章介紹了系統(tǒng)仿真的基本概念及其在制導(dǎo)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；第2章介紹了仿真建模的方法及不同類型的仿真模型之間的相互轉(zhuǎn)換方法；第3，4章分別介紹了應(yīng)用數(shù)值積分方法和模型離散化方法對(duì)連續(xù)系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真的方法；第5章介紹了間斷特性和病態(tài)系統(tǒng)的仿真處理方法；第6章介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真方法；第7章介紹了制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的組成和主要仿真設(shè)備；第8章介紹了MATLAB在仿真中的應(yīng)用；第9章對(duì)視景仿真技術(shù)做了簡(jiǎn)單介紹；第10章介紹了仿真模型校核、驗(yàn)證與確認(rèn)技術(shù)。本書在內(nèi)容安排上力求體現(xiàn)以下特點(diǎn)：①強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論。對(duì)系統(tǒng)仿真的基本概念、連續(xù)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本方法做了系統(tǒng)、明確的介紹。②重視實(shí)用性。仿真本身是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，本書在內(nèi)容上力圖同時(shí)滿足理論學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用實(shí)際相結(jié)合的要求。③注意吸收近年來發(fā)展的新技術(shù)、新理論，如視景仿真、仿真模型的校核與驗(yàn)證等。本書由符文星構(gòu)思框架，符文星、于云峰、黃勇、尉建利共同完成編寫，符文星負(fù)責(zé)本書的統(tǒng)稿和編排工作。本書是筆者在總結(jié)西北工業(yè)大學(xué)飛行控制與仿真技術(shù)研究所多位教師教學(xué)和科研工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并參考了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料編寫完成的，在編寫過程中得到了研究所全體教師的大力支持和幫助，另外研究所的多位研究生參與了相關(guān)的資料收集和文字校核工作，在此一并致謝！筆者在編寫過程中參考了多位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，在此也向他們表示感謝。由于筆者水平有限，書中難免有不妥之處，希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書介紹了精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)全數(shù)字仿真及半實(shí)物仿真的基本理論和方法。內(nèi)容反映了近年來國內(nèi)外在仿真理論研究方面的最新成果，范圍涉及連續(xù)系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真和半實(shí)物仿真等，重點(diǎn)闡述了連續(xù)系統(tǒng)仿真的基本理論和方法。全書共分10章，內(nèi)容包括緒論，仿真建模與模型變換，應(yīng)用數(shù)值積分方法仿真連續(xù)系統(tǒng)，應(yīng)用模型離散化方法仿真連續(xù)系統(tǒng)，特殊仿真模型的處理，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字仿真，制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真，MATLAB在仿真中的應(yīng)用，多媒體視景仿真，仿真模型校核、驗(yàn)證與確認(rèn)等。
本書可作為高等學(xué)校飛行器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制專業(yè)本科生的教學(xué)用書，也可作為碩士研究生的教學(xué)參考書，還可供相關(guān)專業(yè)科技人員參考。

書籍目錄

第1章  緒論
  1.1  基本概念
  1.2  制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真
第2章  仿真建模與模型變換
  2.1  數(shù)學(xué)建模方法
  2.2  線性控制系統(tǒng)常用數(shù)學(xué)模型描述形式
  2.3  復(fù)雜模型的簡(jiǎn)化
第3章  應(yīng)用數(shù)值積分方法仿真連續(xù)系統(tǒng)
  3.1  單步法
  3.2  多步法
  3.3  預(yù)估-校正法
  3.4  數(shù)值積分方法的誤差和穩(wěn)定性分析
  3.5  數(shù)值積分方法選擇的原則
  3.6  微分方程組的數(shù)字仿真
第4章  應(yīng)用模型離散化方法仿真連續(xù)系統(tǒng)
  4.1  傳遞函數(shù)的離散相似法
  4.2  狀態(tài)方程的離散相似法
  4.3  曾廣矩陣法
  4.4  線性替換法
  4.5  根匹配法
  4.6  多環(huán)節(jié)大系統(tǒng)的仿真
第5章  特殊仿真模型的處理
  5.1  間斷特性的仿真
  5.2  病態(tài)系統(tǒng)的仿真
第6章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字仿真
  6.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述
  6.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真
  6.3  差分方程的數(shù)字仿真
  6.4  純延遲環(huán)節(jié)仿真
第7章  制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真
  7.1  半實(shí)物仿真基本概念
  7.2  半實(shí)物仿真設(shè)備
  7.3  半實(shí)物仿真軟件
  7.4  半實(shí)物仿真系統(tǒng)舉例
第8章  MATLAB在仿真中的應(yīng)用
  8.1  MATLAB簡(jiǎn)介
  8.2  MATLAB的基本使用方法
  8.3  MATLAB程序設(shè)計(jì)
  8.4  Simulink仿真工具箱
第9章  多媒體視景仿真
  9.1  概述
  9.2  虛擬場(chǎng)景建模
  9.3  虛擬場(chǎng)景管理
  9.4  特效應(yīng)用
  9.5  應(yīng)用舉例
第10章  仿真模型校核、驗(yàn)證與確認(rèn)
  10.1  VV&A的基本概念及發(fā)展現(xiàn)狀
  10.2  建模與仿真過程中的校核與驗(yàn)證
  10.3  VV&A的基本原則
  10.4  仿真精度分析的CLIMB方案
  10.5  仿真模型的校核方法
  10.6  仿真模型的驗(yàn)證方法
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：系統(tǒng)仿真（System Simulation）是指通過構(gòu)造一個(gè)“模型”來模擬實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)過程，這種建立在模型系統(tǒng)上的試驗(yàn)技術(shù)就稱為仿真技術(shù)或模擬技術(shù)。就仿真本身而言，這并不是一種新技術(shù)，因?yàn)槿祟惡茉缇筒捎酶鞣N基于模型仿真技術(shù)的方法來認(rèn)識(shí)和研究客觀世界。只有在20世紀(jì)40年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)才取得了迅速的發(fā)展，并逐步形成一門獨(dú)立的學(xué)科。與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程類似，仿真的發(fā)展也經(jīng)歷了模擬機(jī)仿真、混合機(jī)仿真（模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合）、數(shù)字機(jī)仿真的發(fā)展過程。另外，近年來隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，半實(shí)物仿真（將數(shù)學(xué)模型和物理效應(yīng)模型相結(jié)合）逐步成為一種主要的仿真手段。航空、航天技術(shù)領(lǐng)域研究的復(fù)雜性和特殊性，使其成為仿真技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。從某種意義上講，正是航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域研究的需求牽引，才促使仿真技術(shù)水平得以迅速提高，因?yàn)槭澜缟系谝慌_(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要工作就是解算導(dǎo)彈的飛行彈道。后來，仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)展到核能、機(jī)械、電子、化工、教育等領(lǐng)域，成為復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析、研究、評(píng)價(jià)、決策、培訓(xùn)過程中的重要手段，而且其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。在導(dǎo)彈研制過程中，仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于選擇系統(tǒng)方案和參數(shù)、檢驗(yàn)產(chǎn)品性能、擬定飛行試驗(yàn)計(jì)劃和安全范圍、進(jìn)行飛行試驗(yàn)結(jié)果分析、鑒定和改進(jìn)導(dǎo)彈系統(tǒng)、培養(yǎng)導(dǎo)彈操作使用人員、指導(dǎo)作戰(zhàn)使用等?？梢哉f，在導(dǎo)彈武器研制和使用的全壽命過程中，仿真技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用，是必不可少的技術(shù)手段。本章主要講述有關(guān)系統(tǒng)仿真的基本概念，并對(duì)仿真技術(shù)在導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制過程中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行介紹。

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