机身动力学模型

模型的核心单元是机身刚体动力学的非线性表示。弹体的气动力和力矩由入射系数和马赫数的非线性函数求得。该模型可以使用Simulink®和Aerospace Blo金宝appckset™创建。该模块集的目的是提供参考组件，如大气模型，这将是通用的所有模型，不管机身配置。这些示例中包括Aerospace Blockset中可用组件的简化版本，让您了解标准块库中可用组件的重用潜力。

打开模型。

在Simulink中表示机身金宝app

机身模型由四个主要子系统组成，通过加速度需求自动驾驶仪控制。大气模型计算大气条件的变化改变高度,鳍驱动器和传感器模型机身的自动驾驶仪,空气动力学和运动方程模型计算力和力矩的大小根据导弹的身体,并集成了运动方程。

国际标准大气模式

所使用的大气子系统是一个接近国际标准大气的系统，它被分为两个独立的区域。对流层区域位于海平面和11Km之间，假设该区域温度随海拔的变化呈线性下降。对流层上方位于11公里至20公里之间的平流层下部区域。在这个区域内，假定温度保持不变。

构造力和力矩的空气动力系数

空气动力学和运动方程子系统生成了施加在导弹体轴上的力和力矩，并整合了定义机身线性和角运动的运动方程。

空气动力系数存储在数据集中，仿真时采用二维查找表块插值确定当前工况下的数值。

经典的三回路自动驾驶仪设计

导弹自动驾驶仪的目的是控制垂直于导弹体的加速度。在这个例子中，自动驾驶仪的结构是一个三回路的设计，利用放置在重心前面的加速度计和提供额外阻尼的速率陀螺仪进行测量。控制器增益根据入射和马赫数进行调度，并在10,000英尺的高度进行了调整，以实现稳健的性能。

为了使用经典设计技术设计自动驾驶仪，需要推导出机身俯仰动力学的线性模型。MATLAB®可以确定配平条件，并直接从非线性Simulink模型推导线性状态空间模型，节省时间，并帮助验证已创建的模型。金宝appMATLAB控制系统工具箱™和Simulink®控制设计™提供的功能允许设计师可视化的行为，机身开环频率(或时间)响应。金宝app为了了解如何修剪和线性化机身模型，你可以运行配套的例子，“机身修剪和线性化”。

机身频率响应

自动驾驶仪的设计是在许多线性机身模型上进行的，这些模型是在不同的飞行条件下推导出的，横跨预期的飞行包络线。为了在非线性模型中实现自动驾驶仪，需要将自动驾驶仪增益存储在二维查找表中，并加入一个反收盘增益，以防止当鳍需求超过最大限制时积分器收盘。在非线性Simulink模型中测试自动驾驶仪是在执行器鳍和速率限制等非线性存在金宝app下显示满意性能的最佳方法，增益现在随着飞行条件的变化而动态变化。

数字:增金宝app益计划自动驾驶仪的Simulink实现

寻的制导回路

完整的寻的制导回路由导引头/跟踪器子系统组成，该子系统返回导弹和目标之间的相对运动测量值，制导子系统产生正常加速度要求，并传递给自动驾驶仪。自动驾驶仪现在是整个寻的制导系统内部回路的一部分。参考[4]提供了关于目前正在使用的制导不同形式的信息，并提供了用于量化制导回路性能的分析技术的背景信息。

指导子系统

制导子系统的功能是在闭环跟踪过程中生成需求，同时进行初始搜索以定位目标位置。statflow®模型用于控制这些不同的操作模式之间的传输。模式之间的切换是由在Simulink或statflow模型内部生成的事件触发的。金宝app通过改变变量的值来控制Simulink模型的行为金宝app方式模式传递给Simulink。金宝app此变量用于在可以生成的不同控制需求之间进行切换。在目标搜索过程中，statflow模型通过向导引头gimbals发送请求来直接控制跟踪器(σ）.一旦目标位于导引头的波束宽度(收购)，在短延迟后闭环制导开始。statflow是快速定义所有操作模式的理想工具，无论它们是用于正常操作还是异常情况。例如，如果目标上的锁丢失了，或者在目标搜索期间没有获得目标，那么要采取的操作将在这个状态流图中提供。

比例导航指导

一旦导引头捕获目标，将使用比例导航制导(PNG)律来引导导弹直到撞击。这种形式的制导律自20世纪50年代以来一直用于制导导弹，并可应用于雷达、红外或电视制导导弹。导航律要求测量导弹与目标之间的接近速度，对于雷达制导导弹可以使用多普勒跟踪装置获得这一速度，并估计惯性视线角的变化率。

数字:比例导航制导律

导引头/跟踪子系统

导引头/跟踪器子系统的目的是驱动导引头万向节以保持导引头碟形对准目标，并为制导律提供视线速率的估计。跟踪器循环时间常数职权范围设置为0.05秒，并选择作为最大响应速度和保持噪声传输在可接受水平之间的折衷。稳定回路的目的是补偿身体的旋转率和增益Ks，即回路交叉频率，受稳定速率陀螺带宽的限制，被设置得尽可能高。视距速率估计值是由稳定速率陀螺测量的碟面角度变化率之和的滤波值，角跟踪误差变化率估计值(e)由接收器测量。在这个例子中，估计器滤波器的带宽被设置为自动驾驶仪带宽的一半。

雷达天线罩畸变

对于雷达制导导弹来说，通常模拟的寄生反馈效应是天线罩像差。它发生的原因是，覆盖在导引头上的保护性覆盖的形状扭曲了返回的信号，然后给目标一个错误的角度读数。一般情况下，变形量是当前框架角的非线性函数，但常用的近似方法是假设框架角与变形量之间存在线性关系。在上述系统中，天线罩像差是在标记为“天线罩像差”的增益块中计算的。其他寄生效应，如速率陀螺对正常加速度的灵敏度，也经常被建模来测试目标跟踪器和估计滤波器的鲁棒性。

数字:天线罩像差几何

运行制导仿真

现在来展示一下整个系统的性能。在这种情况下，目标被定义为以328米/秒的恒定速度飞行，与导弹初始航向反向，并且在导弹初始位置上方500米。从仿真结果可以确定，捕获发生在交战时的0.69秒，闭环制导在0.89秒后开始。与目标的碰撞发生在3.46秒，最近接近点的距离计算为0.265米。

aero_guid_plot。M脚本创建性能分析

动画块为模拟提供了一个可视化的参考

参考文献

1.“具有有界参数速率的鲁棒LPV控制”，S.Bennani, D.M.C. Willemsen, C.W. Scherer, AIAA-97-3641, 1997年8月。

2.“基于状态相关Riccati方程法的全包络导弹纵向自动驾驶仪设计”，C.P.Mracek和J.R. Cloutier, AIAA-97-3767, 1997年8月。

3.“基于线性参数变化变换的增益计划导弹自动驾驶仪设计”，J.S.Shamma, J.R. Cloutier，制导、控制和动力学学报，第16卷，第2期，1993年3 - 4月。

4.“现代导航、制导和控制处理卷2”，林清芳，ISBN 0-13-596230-7, Prentice Hall, 1991。