精確制導導彈制導控制系統(tǒng)仿真

前言

系統(tǒng)仿真是一門基于相似理論和模型試驗的綜合性學科，近年來隨著計算機技術的發(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計算機能夠?qū)崿F(xiàn)的程序代碼和軟件，然后在計算機上運行，通過分析模型的運行結果來研究實際系統(tǒng)的性能。由于航空、航天系統(tǒng)的特殊性，完全通過實物試驗來驗證其各種性能是不可能的，需要耗費大量的人力、經(jīng)費和研制周期。因此，系統(tǒng)仿真的方法近年來在航空、航天領域得到了迅速的發(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、詳細設計到定型試驗，都離不開系統(tǒng)仿真的參與?；谶@個原因，目前國內(nèi)外相關研究單位均建立了相關的專用仿真實驗室，用于飛行器設計過程中的分析和測試，并對仿真理論和方法進行深入的研究。本書是導航、制導與控制專業(yè)的本科生教材，可供飛行器設計，導航、制導與控制等相關專業(yè)的高年級本科生使用，也可供相關專業(yè)的工程技術人員參考。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控制系統(tǒng)中的應用；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章分別介紹了應用數(shù)值積分方法和模型離散化方法對連續(xù)系統(tǒng)模型進行仿真的方法；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章介紹了計算機控制系統(tǒng)的仿真方法；第7章介紹了制導控制系統(tǒng)半實物仿真系統(tǒng)的組成和主要仿真設備；第8章介紹了MATLAB在仿真中的應用；第9章對視景仿真技術做了簡單介紹；第10章介紹了仿真模型校核、驗證與確認技術。本書在內(nèi)容安排上力求體現(xiàn)以下特點：①強調(diào)基礎理論。對系統(tǒng)仿真的基本概念、連續(xù)系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的基本方法做了系統(tǒng)、明確的介紹。②重視實用性。仿真本身是一門實踐性很強的學科，本書在內(nèi)容上力圖同時滿足理論學習和工程應用實際相結合的要求。③注意吸收近年來發(fā)展的新技術、新理論，如視景仿真、仿真模型的校核與驗證等。本書由符文星構思框架，符文星、于云峰、黃勇、尉建利共同完成編寫，符文星負責本書的統(tǒng)稿和編排工作。本書是筆者在總結西北工業(yè)大學飛行控制與仿真技術研究所多位教師教學和科研工作實際經(jīng)驗的基礎上，并參考了國內(nèi)外相關文獻資料編寫完成的，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者的研究文獻，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，希望廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書介紹了精確制導武器制導導彈制導控制系統(tǒng)全數(shù)字仿真及半實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、計算機控制系統(tǒng)仿真和半實物仿真等，重點闡述了連續(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，應用數(shù)值積分方法仿真連續(xù)系統(tǒng)，應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，計算機控制系統(tǒng)數(shù)字仿真，制導控制系統(tǒng)半實物仿真，MATLAB在仿真中的應用，多媒體視景仿真，仿真模型校核、驗證與確認等。
本書可作為高等學校飛行器導航、制導與控制專業(yè)本科生的教學用書，也可作為碩士研究生的教學參考書，還可供相關專業(yè)科技人員參考。

書籍目錄

第1章  緒論
  1.1  基本概念
  1.2  制導控制系統(tǒng)仿真
第2章  仿真建模與模型變換
  2.1  數(shù)學建模方法
  2.2  線性控制系統(tǒng)常用數(shù)學模型描述形式
  2.3  復雜模型的簡化
第3章  應用數(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  計算機控制系統(tǒng)數(shù)字仿真
  6.1  計算機控制系統(tǒng)概述
  6.2  計算機控制系統(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  制導控制系統(tǒng)半實物仿真
  7.1  半實物仿真基本概念
  7.2  半實物仿真設備
  7.3  半實物仿真軟件
  7.4  半實物仿真系統(tǒng)舉例
第8章  MATLAB在仿真中的應用
  8.1  MATLAB簡介
  8.2  MATLAB的基本使用方法
  8.3  MATLAB程序設計
  8.4  Simulink仿真工具箱
第9章  多媒體視景仿真
  9.1  概述
  9.2  虛擬場景建模
  9.3  虛擬場景管理
  9.4  特效應用
  9.5  應用舉例
第10章  仿真模型校核、驗證與確認
  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  仿真模型的驗證方法
參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：系統(tǒng)仿真（System Simulation）是指通過構造一個“模型”來模擬實際系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的運動過程，這種建立在模型系統(tǒng)上的試驗技術就稱為仿真技術或模擬技術。就仿真本身而言，這并不是一種新技術，因為人類很早就采用各種基于模型仿真技術的方法來認識和研究客觀世界。只有在20世紀40年代以后，隨著電子計算機技術的發(fā)展，仿真技術才取得了迅速的發(fā)展，并逐步形成一門獨立的學科。與電子計算機的發(fā)展過程類似，仿真的發(fā)展也經(jīng)歷了模擬機仿真、混合機仿真（模擬技術與數(shù)字技術相結合）、數(shù)字機仿真的發(fā)展過程。另外，近年來隨著仿真技術的發(fā)展，半實物仿真（將數(shù)學模型和物理效應模型相結合）逐步成為一種主要的仿真手段。航空、航天技術領域研究的復雜性和特殊性，使其成為仿真技術應用最廣泛的領域之一。從某種意義上講，正是航空、航天等高技術領域研究的需求牽引，才促使仿真技術水平得以迅速提高，因為世界上第一臺數(shù)字計算機的主要工作就是解算導彈的飛行彈道。后來，仿真技術的應用范圍逐步擴展到核能、機械、電子、化工、教育等領域，成為復雜系統(tǒng)設計、分析、研究、評價、決策、培訓過程中的重要手段，而且其應用范圍還在不斷擴大。在導彈研制過程中，仿真技術被廣泛應用于選擇系統(tǒng)方案和參數(shù)、檢驗產(chǎn)品性能、擬定飛行試驗計劃和安全范圍、進行飛行試驗結果分析、鑒定和改進導彈系統(tǒng)、培養(yǎng)導彈操作使用人員、指導作戰(zhàn)使用等?？梢哉f，在導彈武器研制和使用的全壽命過程中，仿真技術都發(fā)揮著重要的作用，是必不可少的技術手段。本章主要講述有關系統(tǒng)仿真的基本概念，并對仿真技術在導彈制導控制系統(tǒng)研制過程中的應用及發(fā)展趨勢進行介紹。

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