导弹六自由度Simulink仿真模型

1 引言现在的战争已不是过去大刀长矛的时代，他早已成为国家综合实力的体现，这很大程度取决于军事高科技。

这其中导弹作为精确打击的利器关乎国家的战略安全。

而研究其包括导弹在内的飞行器精确制导与控制便显得十分的重要。

飞行器最优制导规律研究是进行武器系统总体方案论证和提高制导性能及精度的关键技术之一。

而要进行制导规律最优性研究一方面需要研究合适的制导规律,另一方面需要进行接近实际情况的全面的大量的仿真研究。

仿真验证包括建模与仿真两个方面。

在大型工程的方案论证阶段甚至包括实际研制的各个阶段，都要进行仿真检验以论证可行性、合理性和最优性。

仿真技术在工程应用特别在高端武器系统总体设计和方案论证中具有极为重要的作用。

对制导问题的研究在国外倍受重视。

在公开发表的文献中,专门讨论制导规律方面的研究论文很多，可见制导规律的研究是非常重要的。

但是仅有理论研究是远远不够的，因为设计的所谓最优制导规律大都是把实际系统进行了大量简化情况下推导出来的，因而与实际情况差别较大。

也就是说理论上是最优的制导规律或参数在实际系统中不一定是最优的。

因此,必须建立接近实际状态的数学模型和仿真软件。

通过仿真计算确定出制导系统的最优参数及制导规律的控制效果，才能最终确定制导规律的最优性。

目前国内外这类问题研究主要存在下列三个问题:其一是模型被简化。

从众多公开发表的文献资料看,大都是把控制系统简化为一阶、二阶、或三阶等根模型来推导制导规律,并据此模型进行仿真计算。

其二是把飞行器的六自由度空间运动状态简化为平面运动状态进行仿真研究，以这种把飞行器运动限制在平面范围内进行仿真计算是有局限性的。

其三是在全弹道数字仿真中仅选取几个特征点参数来代表全弹道的气动力参数，这些参数要表征全弹道动态过程是比较片面的，因而仿真结论的可信度是比较差的。

若把飞行器看成一个刚体，则它在空间的运动，可以看做是质心的移动和绕质心的转动的合成运动。

质心的移动取决于作用在飞行器上的力，绕质心的转动则取决于作用在飞行器上相对于质心的力矩。

收稿日期：２０１３－０９－０５修回日期：２０１３－１１－２３基金项目：航空科学基金（2011ZA 56001）；江西省研究生创新专项基金资助项目（Y C 2011－S 096）作者简介：陈晓飞（1987-），男，江苏宿迁人，硕士研究生。

研究方向：飞行仿真与效能评估研究。

＊摘要：为了研究无人机自主着陆过程中高度、速度和飞行轨迹角的变化特性，以提高无人机自主着陆的安全性和精确性，需要对无人机着陆过程进行数学建模。

采用模块化设计思想，根据无人机非线性动力学和运动学方程，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了无人机着陆仿真系统及其分系统模型。

通过仿真分析，该模型能够比较真实地描述无人机着陆过程的特性，为更深入地无人机仿真研究打下基础。

关键词：无人机，Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，自主着陆，仿真中图分类号：Ｖ２７１．４；Ｅ９２６．３文献标识码：Ａ基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的无人机自主着陆过程仿真＊陈晓飞，董彦非（南昌航空大学飞行器工程学院，南昌３３００６３）ＵＡＶＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＬａｎｄｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＣＨＥＮＸｉａｏ－ｆｅｉ，ＤＯＮＧＹａｎ－ｆｅｉ（School of Aircraft Engineering ，NanChang HangKong University ，Nanchang ３３００６３，China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆＵＡＶ（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ）ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌａｎｄｉｎｇ，ａｎｄｓｔｕｄｙｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅ，ｓｐｅｅｄ，ａｎｄａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋｃｈａｎｇｅｓｏｆｆｅａｔｕｒｅｓｄｕｒｉｎｇＵＡＶａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌａｎｄｉｎｇ，ｉｔｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＵＡＶｌａｎｄｉｎｇ．Ｕｓｉｎｇｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＵＡＶｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ＵＡＶｌａｎｄｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓｍｏｄｅｌｓｉｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｅｂｕｉｌｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｒｅａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅａｃｔｕａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＵＡＶｌａｎｄｉｎｇａｎｄｌａｙｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ，ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌａｎｄｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ引言飞行仿真本质上是通过实验手段进行技术研究［１］，通过飞行仿真可以比较真实地模拟飞机的整个飞行过程，并获得其飞行过程中的各种姿态及参数的变化，可以对飞机的飞行过程进行更好的理论研究，降低研究风险，提高效率。

simulink中六边形输入元件六边形输入元件在Simulink中是一种常用的信号输入组件，它可以方便地生成六边形信号，用于模拟现实世界中的某些特定场景。

本文将介绍六边形输入元件的原理和使用方法，并通过实例演示其在Simulink中的应用。

一、六边形输入元件的原理六边形输入元件实质上是通过使用三角波信号和饱和函数来生成六边形波形。

具体来说，它通过设置两个参数来控制六边形波形的周期和幅值。

其中，周期参数决定了六边形波形的周期长度，而幅值参数则决定了六边形波形的振幅大小。

二、六边形输入元件的使用方法在Simulink中使用六边形输入元件非常简单，只需按照以下步骤进行操作即可：1. 打开Simulink软件，并创建一个新的模型文件。

2. 在Simulink库浏览器中找到“Sources”文件夹，并展开该文件夹。

3. 在“Sources”文件夹中找到“六边形输入元件”模块，并将其拖动到模型窗口中。

4. 右键单击“六边形输入元件”模块，选择“参数设置”。

5. 在参数设置对话框中，可以设置六边形波形的周期和幅值。

根据实际需求，可以自行调整这两个参数的值。

6. 设置完毕后，点击“确定”按钮，然后连接六边形输入元件与其他模块，完成信号的传递与处理。

三、六边形输入元件的应用实例为了更好地理解六边形输入元件的应用，下面将通过一个实例来演示其使用方法。

假设我们需要模拟一个机器人沿着一个六边形路径移动的场景。

首先，我们可以使用六边形输入元件生成一个六边形波形信号，来模拟机器人的运动轨迹。

具体操作如下：1. 创建一个新的模型文件，并打开Simulink库浏览器。

2. 在“Sources”文件夹中找到“六边形输入元件”模块，并将其拖动到模型窗口中。

3. 右键单击“六边形输入元件”模块，选择“参数设置”。

4. 设置六边形波形的周期为10秒，幅值为1。

5. 点击“确定”按钮，完成参数设置。

6. 将六边形输入元件与“Scope”模块连接，以便观察生成的六边形波形信号。

基于Simulink的通信系统建模与仿真——数字通信系统姓名：XX完成时间：XX年XX月XX日一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明）ASK调制数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即ASK（Amplitude－Shift Keying）。

ASK有两种实现方法：1.乘法器实现法2.键控法。

乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波和低频干扰。

键控法是产生ASK信号的另一种方法。

二元制ASK又称为通断控制（OOK）。

最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。

乘法器实现法框图键控法实现框图ASK解调ASK的解调有两种方法：1.包络检波法2.相干解调。

同步解调也称相干解调，信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。

低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。

由于AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故也可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。

包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。

相干解调框图包络检波框图FSK调制2FSK 信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。

由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（0 →1或1 →0 ）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。

载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终时连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽。

在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如下图所示：FSK解调FSK信号的解调方法很多，我们主要讨论1.非相干解调2.相干解调。

非相干解调框图如下相干解调框图如下PSK调制相移键控是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。

SIMULINK仿真方法简介SIMULINK是一个进行动态系统的建模、仿真和综合分析的集成软件包。

它可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。

在SIMULINK提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可以构造出复杂的仿真模型。

它的外表以方框图形式呈现，且采用分层结构。

从建模角度，SIMULINK 既适用于自上而下的设计流程，又适用于自下而上的逆程设计。

从分析研究角度，这种SIMULINK模型不仅让用户知道具体环节的动态细节，而且能够让用户清晰的了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分的交互影响。

1. 应用SIMULINK的基本操作1）在MATLAB的命令窗运行指令simulink或点击命令窗口中的图标，便可以打开如图B1-2所示的SIMULINK模块库浏览器（Simulink Library Browser）。

图B1-2 SIMULINK库浏览器2）点击Source字库前的“+”号（或双击字库名），便可以得到各种信源模块，如图B1-3。

图B1-3 信源子库的模块3）点击“新建”图标，打开一个名为untitled的空白模型窗口，如图B1-4。

图B1-4 SIMULINK的新建模型窗口4）用鼠标指向所需的信号源（如阶跃信号Step）,按下鼠标左键，把它拖至untitled窗，就生成一个阶跃信号的复制品。

，如图B1-5。

图B1-5模型创建中的模型窗口5）采用上述方法，将信宿库Sink中的示波器scope拷贝到模型窗口，把鼠标指向信源右侧的输出端，当光标变成十字符时，按住鼠标任意键，移向示波器的输入端，就完成了两个模块间的信号连接，如图B1-6。

图B1-6 创建模型完毕中的模型窗口6）进行仿真，双击示波器，打开示波器显示屏，如图1-7。

点击模型窗口中的“仿真启动”图标或点击simulink菜单下的start,仿真就开始了，就可以观测到阶跃信号的波形了，如图B1-7。

导弹姿态控制是导弹制导系统的重要组成部分，它涉及到导弹的飞行姿态、速度和位置等参数的精确控制。

在导弹制导系统中，导弹姿态控制通常通过惯性导航系统、雷达测距系统和激光测距系统等传感器获取导弹的姿态信息，然后通过控制系统对导弹的发动机进行控制，以实现导弹的姿态调整。

在Matlab中，可以使用Simulink工具箱进行导弹姿态控制的建模和仿真。

下面是一个简单的导弹姿态控制系统的Matlab源码示例：matlab% 导入Simulink库from Simulink.BlockDiagram import BlockDiagram% 创建导弹姿态控制系统模型bd = BlockDiagram()% 添加输入模块bd.add('Input', 'Input')% 添加姿态传感器模块bd.add('Inertial Navigation System', 'Inertial Navigation System')% 添加控制系统模块bd.add('Control System', 'Control System')% 添加发动机控制模块bd.add('Thrust Control', 'Thrust Control')% 添加输出模块bd.add('Output', 'Output')% 连接模块之间的信号线bd.connect('Input', 'Inertial Navigation System')bd.connect('Inertial Navigation System', 'Control System')bd.connect('Control System', 'Thrust Control')bd.connect('Thrust Control', 'Output')% 运行仿真并显示结果bd.run(100)bd.plot()上述代码创建了一个简单的导弹姿态控制系统模型，包括输入模块、姿态传感器模块、控制系统模块、发动机控制模块和输出模块。

飞机六自由度模型及仿真研究一、本文概述随着航空工业的快速发展和飞行器设计的日益复杂化，对飞机动力学特性的理解和分析变得越来越重要。

其中，飞机的六自由度模型是理解和分析飞机动力学特性的基础工具。

本文旨在深入探讨飞机六自由度模型的建立过程，以及基于该模型的仿真研究。

我们将首先介绍飞机六自由度模型的基本概念和理论框架，然后详细阐述模型的建立过程，包括动力学方程的推导、运动学方程的构建以及控制逻辑的设计。

在此基础上，我们将展示如何利用该模型进行仿真研究，包括飞行轨迹的模拟、飞行稳定性的分析以及飞行控制策略的优化等。

我们将总结飞机六自由度模型及仿真研究的重要性，并展望未来的研究方向和应用前景。

本文的目标读者包括航空工程领域的学者、工程师以及研究生，希望通过本文的阐述，能够帮助读者更好地理解和掌握飞机六自由度模型及仿真研究的相关知识和技术。

我们也希望本文的研究能够对飞行器设计、飞行控制以及飞行安全等领域的发展提供一定的理论支持和实践指导。

二、飞机六自由度模型建立在飞行动力学中，飞机的运动可以分解为六个自由度：三个沿坐标轴的平动（纵向、横向和垂直）和三个绕坐标轴的转动（滚转、俯仰和偏航）。

六自由度模型的建立是飞行仿真研究的基础，它能够全面、准确地描述飞机的空间运动特性。

我们需要定义飞机的坐标系和参考坐标系。

通常采用机体坐标系来描述飞机的姿态和运动，而地面坐标系或惯性坐标系则用于描述飞机的位置和速度。

在机体坐标系中，飞机的滚转、俯仰和偏航运动可以通过欧拉角来描述。

接下来，根据牛顿第二定律和动量矩定理，建立飞机的运动方程。

这些方程包括沿三个坐标轴的平动方程和绕三个坐标轴的转动方程。

平动方程描述了飞机的加速度与所受合力的关系，而转动方程则描述了飞机的角加速度与所受合力矩的关系。

在建立运动方程时，需要考虑飞机的质量、质心位置、惯性矩等参数，以及作用在飞机上的各种力（如重力、推力、升力、阻力等）和力矩（如滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩等）。

六自由度运动平台PID控制系统仿真研究摘要Stewart 平台的出现始于 1965 年德国学者 Stewart 发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。

目前经典的 Stewart 平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成，其下平台通常为基台（Base-platform）,上平台通常为负载平台（Payload-platform）（即 Stewart 平台的工作平台）。

Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在工作空间范围内的六自由度运动，并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点，因此近年来被广泛应用于并联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面。

Stewart 平台在并联机床和精密定位平台方面的应用相对成熟，已有实用化的商品供应市场。

Stewart 平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发相对发展较晚，不仅开发的系统远未达到实用化水平，其理论领域的研究也多属空白，其根本原因是应用于振动隔离的 Stewart 平台的基台是运动的，随之而带来许多新的问题。

到目前为止，在 Stewart 平台的理论研究方面已取得一些研究成果，比如Mille（r1992）使用 Lagrange 动力学方程建立了 Stewart 平台的动力学模型；Dasgupta和 Mruthyunjaya（1998）使用 Newton-Euler 动力学方程推导出闭合形式的 Stewart平台的动力学模型；Codourey 和 Burdet（1997）、Wang 和 Gosselin（1998）、Tsai（2000）等人分别利用虚功原理建立了 Stewart 平台的逆动力学模型。

但是，上述关于 Stewart 平台的动力学模型都是在假设Stewart 平台的基台固定不动的情况下建立的。

本文的主要研究工作和意义如下：1、基于 Dasgupta 提出的在基台固定情况下的 Stewart 平台的动力学模型，在Matlab/Simulink 环境下建立了 Stewart 平台闭环动力学仿真系统。