基于MATLABSimulink的纵向质点外弹道仿真

基于 MATL AB /Simul in k 的纵 向质 点3外弹 道仿 真杨秀丽 1 ,黄 浦 2 ,张维君 1(1 空军航 空大学 ,长春 130022 ;2 中科院 长春光学 精密机 械 与物理研究 所 ,长春 130033)摘 要 :为了 在设计 初 期能得到 导弹的可能 飞 行 弹 道 和 飞 行 特 性 ,采 用 MA TL AB/ Simulink 软 件 建 立 了 系 统 的仿真模 型并进行 仿真计算 ,给 出了相应的 仿真结果 及 其 分 析 ,为 其 它 系 统 的 设 计 提 供 了 依 据 和 参 考 。此 种 仿真方法 比传统编 程语言仿 真周期短 ,使动 态系统的 仿真变得 容易且 直 观 。关键词 : Simulink ;仿真 ;纵向运动 ;弹 道中图分类 号 : TJ0131 2 文 献标志 码 : AThe Simulation of Ma ss Point Length waysTrajectory Ba sed MATL AB / Simul inkYA N G Xiuli1 , H U A N G Pu2 , Z HA N G Weij un1(1 Aviatio n U niver sit y of Air Fo rce , Changchun 130022 ,Chi na ;2 Cha ngchun Instit ut e of Op tic s , Fine Mecha nic s and Physics , CA S , Cha ngchun 130033 ,China)Abstract : To o btain po ssible f light t rajecto r y a nd f light cha racteri stics , t he simulatio n mo del i s set up a nd calculated wit h MA TL AB/ Simulink. Then co r respo nding simulating re sult s a nd a nalysi s a re given which p ro vide so me acco r da nce a nd ref erence to t he de sign of o t her systems. The p erio d of t he simulatio n met ho d i s sho rter t ha n using t raditio nal p ro gram2 ming language a nd it make s t he simulatio n of dyna mic system ea sy a nd int uitive .Key words :Simulink ; simulatio n ; lengt hwi se mo vement ; t rajecto r y引 言在 一般情况下 ,研究 导弹 在 空 间 的 飞 行 问 题 是很复 杂的 ,为 了 简 化 对 问 题 的 研 究 ,通 常 分 为 几 个阶 段进行 ,其中第一 个阶 段 就 是 研 究 弹 道 学 问题 [ 1 ] 。导弹 在 空 间 的 运 动 需 要 用 一 组 一 阶 微 分 方程 来描述 ,计算弹道 就是 求 解 一 阶 微 分 方 程 组 。但 是只有 少 数 微 分 方 程 组 能 用 初 等 方 法 求 得 解析 解 ,多 数问题的研 究必 须 借 助 于 现 代 的 仿 真技术 。传统的仿 真是用高 级 语 言 编 程 计 算 ,需 要 经历 一个代码编 制与调试 等 繁 琐 复 杂 的 过 程 , 而 MA TL AB 提供 的 Si muli n k 仿 真 能 轻 松 有 效 地解决 这样的仿真 问题 。文 中采 用 M A TL AB/ Si muli nk 完 成 了 导 弹 在铅垂 平面 内 的 质 心 运 动 弹 道 的 建 模 与 仿 真 计算 ,主 要 的 工 作 就 是 研 究 Si muli nk 在 弹 道 计 算 方面的 应用 ,为类似模 型建立提供 一点思路 。纵向 质心外弹 道仿真数 学模型一般来 说 ,运 动 方 程 组 的 方 程 数 目 越 多 , 描 述 导弹的运 动就越完整 、越 准 确 。但 研 究 和 解 算 也 就越麻烦 。在工程上 ,特别 是 导 弹 和 制 导 系 统 的初步设计 阶 段 ,在 解 算 精 度 允 许 的 范 围 内 , 应 用一些近似 方 法 ,对 导 弹 运 动 方 程 组 进 行 简 化 , 以便利用较简 单 的 运 动 方 程 组 来 达 到 研 究 导 弹 运动的目的 。在一定假 设条件 下 ,可 以 把 导 弹 的 运动分解为 纵 向 运 动 和 侧 向 运 动 。由 于 此 次 研 究关心的是 导弹的射程 和射高 ,所 以 文 中 研 究 纵 向运动 。0 1所谓纵 向运 动 , 是 指 导 弹 运 动 参 数 βγγV 、ωx ωy φφV 、z 恒为零 的 运 动 。导 弹 的 纵 向 运 动 ,是由导弹质心 在 飞 行 平 面 内 的 平 移 运 动 和 绕 其 质心的转 动 运 动 所 组 成 的 。在 导 弹 初 步 设 计 阶 段 , 为 能 简捷地得 到导弹可能 的 飞 行 弹 道 及 其 主3 收 稿日期 :2009 - 02 - 25作 者简介 :杨秀丽 (1979 - ) ,女 ,吉林 松原人 ,硕士 ,研究 方向 :精确制 导技术 。要 飞行 特性 , 研究导弹的 飞行 问 题 通 常 首 先 暂 不考虑导 弹绕质心的 转动运动 , 而 将 导 弹 当 作 一 个 可 操纵 质点来研究 , 这种 简化 的 处 理 通 常 是 基 于 “瞬时平动” 假设 (认为导弹在 整个飞行期 间的任 一瞬时 都 处 于 平 衡 状 态 , 即 导 弹 操 纵 机 构 偏 转 时 , 作用在弹 道上的力矩 在每 一 瞬 时 都 处 于 平 衡 状态 ) 。简 化后可以得 到导弹纵 向质心运动 方程组 :2 . 2 微 分方程组的 建立在 Si muli nk L i bra r y B ro w ser 中 选择相应的模 块 , 方程组 中 各 方 程 与 各 积 分 模 块 一 一 对 应 。根据仿真初 始条件设定 积分模 块 的 初 始 值 , 方 程右侧 是 变 量 的 , 如 质 量 、速 度 、弹 道 倾 角 等 , 则 从 该变量积分 模块的输出 引入 , 这 样 可 以 保 证 各 个 量的实时输 入性 , 也就是保证 系统的动态 性 。2 . 3 推 力模块的建 立提 供推 力的是固体 火箭发 动 机 , 根 据 发 动 机 推力试验 系 统 提 供 的 数 据 , 发 动 机 作 用 时 间 为4 s , 采 用 时 间 模 块 控 制 推 力 的 作 用 时 间 。使 用 推 力试验数据 组中平稳推 力值作 为 推 力 计 算 值 , 并 且认为作用 时间内推力 值是不变的 。2 . 4