“弹箭自动驾驶参数设计与仿真实验”任务书.pdf
1“弹箭自动驾驶参数设计与仿真实验”任务书“弹箭自动驾驶参数设计与仿真实验”任务书 一、实验目的一、实验目的 1.深入理解弹箭飞行控制自动驾驶仪的功能；2.掌握弹箭线性化传递函数的一般计算方法；3.掌握各种典型自动驾驶仪结构，具有一定地自动驾驶仪参数设计与分析能力；4.增强对制导弹箭飞行控制系统的认识、理解、工程设计能力，锻炼通过实验验证分析控制系统动态品质的动手能力。二、本课程实验任务的内容和要求二、本课程实验任务的内容和要求 1.实验原始数据实验原始数据 详见附件 1“弹箭自动驾驶参数设计与仿真实验设计数据和技术要求”。2.实验内容实验内容 1)制导弹箭自动驾驶仪功能及工作过程演示实验 结合课堂教学内容和弹箭自动驾驶仪模拟系统，观摩自动驾驶仪的功能和工作过程，理解其在实际飞行控制系统中的作用。2)弹箭线性化传递函数的计算实验 根据课堂教学要求和制导弹箭飞行弹道方案，计算各个特征点上的动力学系数，进而获得弹体传递函数系数。在进行实验课时，学生可以将自己的计算结果与软件中内置的弹体传函参数进行比较，检查自己的计算结果。3)弹箭典型控制系统的设计及性能分析实验 根据课堂教学和弹体传递函数计算结果，在实验课中，通过操作“弹箭飞行控制与软件设计系统”，在自动驾驶仪结构图上，按照从内环到外环的顺序，逐步进行时域分析和频域分析，了解各个参数的影响和作用，并确定控制系统的控制参数。然后，进行六自由度弹道仿真验证控制参数的正确性。3实验要求实验要求 1)独立完成实验，撰写试验报告（撰写格式参照附件 2）；2)提交实验相关程序。2附件 1：弹箭自动驾驶参数设计与仿真实验设计数据和技术要求 一、总体参数 一、总体参数 1、质量和转动惯量、质量和转动惯量 225kg,0.299mmd=，260.85kg mzyJJ=23.45kg mxJ=2、参考面积及参考长度、参考面积及参考长度 S=0.456m2（弹翼面积）L=2.358m 3、发动机参数、发动机参数 推力推力P=3000N 秒流量秒流量0.7kg/sm=?二、气动数据 二、气动数据 220,xxxCCC=+zyyyzCCC=+，zzzzzzzzmmmm=+，xxxxxxxmmm=+。注意：/(2)xxdV=，/zzL V=气动力与气动力矩系数 Ma 0.6 0.8 0.9 1.0 1.2 0 xC-0.2000-0.2210-0.2315-0.2420-0.2500 2xC-0.0005-0.0005-0.0005-0.0005-0.0005 yC0.2505 0.253 0.254 0.255 0.256 zyC 0.04 0.047 0.043 0.045 0.045 zm-0.0290-0.0298-0.0300-0.0302-0.0302 zzm-0.0220-0.0240-0.0232-0.0230-0.0234 zzm-0.002-0.0015-0.0015-0.0012-0.0016 xxm-0.0002-0.00045-0.0005-0.00052-0.00052 xxm-0.0028-0.0027-0.0028-0.0028-0.0028 三、弹道仿真条件 三、弹道仿真条件 1、初始条件：1、初始条件：导弹发射状态：?(x0,y0,z0)=(0,7100m,500m),V0=260m/s,0 x=30/s 3?目标位置：(xt,yt,zt)=(12000m,0,0)。2、标准气象条件2、标准气象条件?ISA 标准大气模型，或空军标准气象条件。3、飞行弹道规划方案3、飞行弹道规划方案 整个弹道过程规划如下：图 1 弹道规划示意图 从图中可以看出，整个攻击过程为一个空对地的攻击过程，从载机发射后，经过姿态调整，为初始发射段；然后经过一个定高巡航飞行，最后转入末端攻击。3.1 控制切换时间?初始发射段时间：0-6秒；?巡航段时间：6-20秒；?末端攻击段时间：20秒以后。3.2 弹道控制要求 根据规划，飞行弹道攻击方案如下：?俯仰通道：初始发射段采用姿态控制，方案俯仰角*5 sin(0.2)t=+o；巡航段采用高度控制，方案高度*7kmH=；末段攻击采用过载控制，控制指令由比例导引律形成；?偏航通道：初始发射段采用姿态控制，方案偏航角*0=；巡航段和末端攻击采用过载控制，控制指令由比例导引律形成；?滚转通道：全程采用滚转角控制。4四、制导律与控制律 四、制导律与控制律 1、制导律 1、制导律?末制导采用比例导引，制导参数固化，4q=?；2、控制结构与控制律 纵向通道：2、控制结构与控制律 纵向通道：?姿态控制律：cpKiK1swzK()()zzsszyCz1s 俯仰通道-姿态控制回路原理框图?过载控制律：cpKiK1swzK舵机()()zzsszyCz1s 俯仰通道-过载控制回路原理框图?高度控制律：cHpHKdHKSwzK()()zzssynzyCz()()yzn ss()()yzn ss()()yH snspnyKinyK1s 俯仰通道-高度控制回路原理框图 航向通道：航向通道：?姿态控制律：cpKiK1swyK()()yyssyyCy1s 偏航通道-姿态控制回路原理框图 5?过载控制律：zcnpnzKinzK1swyK()()yyssznyyCy()()zyn ss 偏航通道-过载控制回路原理框图 滚转通道：滚转通道：?滚转角控制律：cpKiK1swxK()()xxss1sxxCx 滚转通道-滚转控制回路原理框图 四、实验步骤和要求 四、实验步骤和要求 1.根据初始弹道条件和弹道方案，计算方案弹道和导引弹道；2.分别根据设计要求，选择下滑段、等高巡航段、末制导段典型特征点，计算动力学系数和传递函数；3.设计俯仰、滚转和偏航通道的控制器参数，并进行时域和频域的动态品质分析；4.进行六自由度弹道仿真验证，并绘制弹道参数曲线。六自由度弹道输出参数为：时间、x、y、z、V、弹道倾角、弹道偏角V、x、y、z、质量m、马赫数Ma、俯仰角、偏航角、滚转角、攻角、侧滑角、速度倾斜角V、xn、yn、zn、x、y、z、1、2、3、4，俯仰指令（分段改变），偏航指令（分段改变），阶段标志（1、初始阶段；2、中制导；3、末制导）；5.撰写实验报告。6附件 2：“弹箭自动驾驶参数设计与仿真”实验报告(模板)一、实验目的一、实验目的 二、实验内容和项目二、实验内容和项目 三、实验人员和实验时间三、实验人员和实验时间 四、实验设备四、实验设备 五、实验步骤和过程五、实验步骤和过程 六、实验结果与分析六、实验结果与分析 七、实验结论七、实验结论 八、附件八、附件 相关程序与数据相关程序与数据
