实验2 利用SIMULINK进行制导弹道仿真

实验2 利用SIMULINK 进行制导弹道仿真 实验目的

利用Simulink 进行仿真建模，通过以鱼雷追踪目标的制导弹道仿真过程，初步掌握系统数学仿真方法。

实验内容

图5 系统的结构框图

其中目标模型为：

cos sin T T T T T T

T T w X V Y V ψψ⎧ψ=⎪=⎨⎪=-⎩ 式中，,,,T T T T W X Y ψ分别为目标弹道偏角、回旋角速度、纵向距离和侧向距离；

假设：当20t <时，(0)0.4T T ψψ==弧度，目标做匀速运动；

当20t ≥时，0.1/T w rad s =，目标开始做回旋运动；

其鱼雷模型为：

5.80.19 3.6192.42515119.84cos sin y r y y r

y w w w w Xe Vm Ye Vm ββδδψψβ⎧=-+-⎪=--⎪⎪=⎪⎨=ψ⎪⎪=-ψ⎪ψ=-⎪⎩

式中，,,,,,,,y w r Vm Xe Ye βδψψ分别为鱼雷的侧滑角、回旋角速度、直舵角、航向角、弹道偏角、速度，地面坐标系中的X 轴和Z 轴坐标。Vm=25m/s 。

鱼雷与目标的相对距离为，,T T X X Xe Y Z Ze ∆=-∆=-。q 为地球视线角，q ηψ

=-为雷体系中的提前角。操舵规律,0.5,10r K K r δηδ=-=≤。终端脱靶量定义为

t f r =鱼雷模型仿真初值为：

(0)(0)(0)(0)(0)(0)0.25/y w r Xe Ze Vm m s βδψ=======。

目标模型仿真初值为：(0)5/,(0)(0)1500,(0)0T T T T V m s X Z m w ====

实验步骤

由图5所示的系统控制结构图可知，该系统大致可以分为三个部分：目标模型，鱼雷模型以及观察模块。

1.根据目标模型和鱼雷模型的数学方程组，调用Simulink 工具箱模块库中的所需模块建立目标模型和鱼雷模型。

2.根据系统结构框图完成整个系统仿真模型的搭建，如图6 所示。

3.设置各模块的参数，并按照题目给定的初值条件设置好各模块的初值。

4.设置仿真器的参数，这里选择起始时间为0s ，终止时间为100s ，变步长解法器ode45，最大步长为0.05，最小步长自动调整。

5.对已经建立好的系统仿真模型进行运行调试，并对仿真结果进行分析。

图6 系统仿真模型结构图

图7 目标的弹道曲线

图8 鱼雷追踪曲线为了绘制绘制鱼雷跟踪弹道曲线，运行以下程序代码：plot(xe,ze)

hold on

plot(xt,zt)

图9 鱼雷跟踪弹道曲线

实验结果分析

由上图可以发现利用Simulink 建立系统仿真模型可以实现鱼雷跟踪目标的功能，达到了预期的目的，验证了实验的正确性。

与此同时，由图9可以发现鱼雷跟踪目标后还会继续运行，与实际情况并不相符，为了更好的绘制绘制鱼雷跟踪弹道曲线，仿真结构图中结合了stop 模块用来使终端脱靶量即终端时刻所对应的最小距离22tf r x z =∆+∆以给出仿真结束的时间停止仿真。通过反复的调试，观测工作空间tf r 的值发现终端脱靶量不可能为零，最小为3.3左右。将tf r 设置为小于等于3.3时绘制的鱼雷跟踪目标弹道曲线如图10所示。可见数学模型并不能完全深刻的描述出物理模型，所以仿真结果也与实际鱼雷弹道并不完全吻合，但作为一个仿真软件，在其精度允许范围内并不影响其仿真效果和实验的有效性和正确性。

图10 鱼雷跟踪弹道曲线