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基于Simulink的高空空投AUV全弹道仿真系统研究潘常军;郭迎清【摘要】High altitude Air-Launched AUV(AL-AUV)is a new kind of underwater vehicle that integrates high gliding and underwater, and designed on High Altitude ASW Weapons Conception(HAAWC). The simulation of the complete trajectory of AL-AUV is an important part and theoretical basic for conceptual design. The 6(or 9)DOF(Degree Of Freedom)simulation models of gliding, decelerating and underwater stages are established based on the movement and environment characteristics of high altitude AL-AUV trajectory’s steady stages. The AL-AUV’s free gliding trajectory and decelerating trajectory are simulated respectively with the effort of wing unit and circle parachute. The AUV underwater stage yaw and depth controllers are designed and system closed loop control simulation is completed which validates the AUV moving along the specified path under control. The simulations indicate that the simulation system applicable to AL-AUV complete trajectory unit design, characteristics analysis and controller design.% 高空空投AUV(Autonomous Underwater Vehicle,自主水下航行器)是一种基于“高空反潜武器概念”而设计的基高空滑翔与水下自主航行于一体的新型水下航行器,对其全弹道的仿真是其概念设计阶段的重要内容和理论基础。
基金项目:总装基金资助项目(51414010405)收稿日期:2007-08-30 修回日期:2007-09-06第25卷 第12期计 算 机 仿 真2008年12月文章编号:1006-9348(2008)12-0035-03基于MATLAB 的鱼雷水下弹道仿真李文哲1,2,张宇文1,范 辉1,张 博1(1.西北工业大学航海学院,陕西西安710072;2.海军大连舰艇学院反潜教研室,辽宁大连116018)摘要:鱼雷是一种水下自主航行的运动体,其运动控制系统复杂,仿真建模难度大,为解决某型鱼雷水下弹道仿真问题,首先根据鱼雷在水下运动特点,建立了鱼雷在水中运动的动力学和运动学模型,并进一步针对某型鱼雷的典型弹道设计了控制方程,应用M atlab 软件对该鱼雷的水下弹道进行了仿真,绘制了仿真曲线,仿真结果证明该种仿真方法较好的仿真了鱼雷入水下潜、寻深、蛇行搜索及捕获目标后的追踪过程,较真实的反映了鱼雷在水中运动的情况。
通过仿真证明采用M ATLAB 软件进行弹道仿真具有编程工作量小,程序运行速度快、鲁棒性好等优点。
关键词:鱼雷水下弹道;控制系统设计;弹道仿真中图分类号:TN911 文献标识码:BTorpedo Under water T rajectory Simulation Based onM ATLABLIW en-zhe 1,2,Z HANG Yu-w en 1,F AN Hu i 1,Z HANG Bo1(1.Co ll ege ofM a ri ne Eng i nee ri ng ,N o rt hwestern Po l y technical U niversit y,X i p an Shanx i 710072,China ;2.A nti-subma ri ne T each i ng and R esearch O ffice ,D a lian N ava lA cademy ,D a lian L i aoning 116018,Ch i na)AB STRACT :T orpedo is an autonomous underwa ter vehic l e .Itsm o ti on control syste m is co m pli cated and its si m ula -ti on m odeli ng i s d iffi cult .To so lve t he prob le m o f torpedo underwa ter tra jectory s i m u l ation ,accordi ng to torpedo p s un -der w ater movem ent cha racte ristic ,t he pape r construc ts a m athe m atica lm ode l o f the t o rpedo dyna m i cs and k i ne m aticsfirstl y ,then designs a contro l syste m accord i ng to so m e to rpedo p s c l assi c tra jectory ,and si m u l a tes its underwa ter tra-j ec t o ry by usi ng M atlab so ft wa re ,gets si m u l a ti on results ,draw s si m u lati on curve ,and the resu lts proved that this si m -u l a tion m ethod can si m u l a te torpedo p s dive ,dept h search ,snake search and t he pursu it process ,refl ects torpedo p s ac -t ua lm ove m ent i n the w ate r .It a lso proved tha t th i s m ethod has t he advantages such as less progra mm ing w ork l oad ,fast procedure and robust ness etc .K EY W ORDS :T orpedo under w ater trajectory ;Contro l syste m desi gn ;T ra j ec t o ry si m u l a ti on1 引言鱼雷水下弹道主要包括下潜段、搜索段、跟踪段及丢失目标后的再搜索段,鱼雷的水下弹道设计是否合理对鱼雷对目标的毁伤概率有很大的影响。
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 ry 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。
水下高速射弹的数学建模与控制研究的开题报告一、研究背景及意义在军事领域中，水下导弹射击已经成为一种重要的策略手段。
水下导弹射击需要满足多种条件，如导弹初始速度、导弹与目标的距离、目标速度等，并需要完成一系列的操作才能顺利完成任务。
因此，在水下高速射弹系统中研究数学模型与控制算法具有重要的意义和应用价值。
本文将围绕水下高速射弹系统进行建模，探索有效的控制算法。
研究成果将有助于提高导弹射击的精度和效率，为水下作战提供有力支撑。
二、研究内容（一）建立数学模型首先，我们将研究水下导弹的动力学模型，并对弹道方程进行推导。
同时，考虑水下作战环境对导弹运动的影响，建立高精度的数学模型。
在模型建立的过程中，我们将充分考虑液体介质的运动特性，将流体力学的基本原理融入到模型中。
（二）设计控制算法针对水下高速射弹系统的动态控制问题，我们将设计基于模型预测控制（MPC）算法的控制策略。
MPC算法是一种基于预测模型的控制算法，可以在不完全知晓系统动态特性的情况下，通过优化控制效果来实现最佳控制。
在水下高速射弹系统中，我们将使用MPC算法来实现导弹的精准射击，提高射击效率。
（三）仿真实验最后，我们将针对建立的数学模型和设计的控制算法进行仿真实验。
利用仿真实验，评估我们提出的算法的控制性能，并对算法的优化效果进行验证。
同时，利用仿真结果，比较不同控制算法的效果，为后续算法的优化提供依据。
三、研究目标（一）建立水下导弹的数学模型，并分析其数学特性和动力学特性。
（二）设计基于MPC算法的导弹控制策略，并探究优化算法的方法。
（三）通过仿真实验，评估优化算法的效果，并验证算法的可行性和实用性。
四、研究方法（一）理论分析法：对水下导弹系统的物理原理进行分析和理论推导，建立导弹的数学模型。
（二）控制理论：根据数学模型，设计基于MPC的导弹控制算法。
（三）MATLAB仿真：利用MATLAB仿真工具对算法进行仿真实验，评估算法的控制性能。
五、研究计划（一）文献调研：5周（二）数学模型的建立和分析：10周（三）控制算法设计和优化：12周（四）仿真实验与数据分析：8周（五）论文写作和答辩：5周六、论文结构（一）绪论：介绍研究背景、意义、目标、方法以及论文结构。
第26卷第6期 水下无人系统学报 Vol.26No.62018年12月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2018收稿日期: 2017-06-09; 修回日期: 2017-07-29.作者简介: 杨绪升(1976-), 男, 工程师, 研究方向为武器系统试验数据处理.[引用格式] 杨绪升, 尹文进. 基于潜射自导鱼雷射击优化模型的发现概率仿真计算[J]. 水下无人系统学报, 2018, 26(6):568-574.基于潜射自导鱼雷射击优化模型的发现概率仿真计算杨绪升, 尹文进(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)摘 要: 射击三角形是计算潜射鱼雷发射提前角的理论依据, 随鱼雷技术的发展和战场需要, 传统的鱼雷射击三角形的应用局限性日益显现。
据此, 文中充分考虑了鱼雷实航速度变化和目标辐射噪声对鱼雷自导作用距离的影响, 提出有利于贴近实战的潜射声自导鱼雷的射击要素解算优化模型, 推导出提前角解算方法, 并依该模型进行鱼雷攻击弹道仿真和发现概率计算。
结果显示, 该模型适用于广泛的战场态势, 可为工程应用提供有益参考。
关键词: 鱼雷; 射击模型; 弹道仿真; 发现概率中图分类号: TJ631.5; E843 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2018)06-0568-07DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.010Simulation on Detection Probability of Submarine-Launched HomingTorpedo Based on the Optimized Firing ModelYANG Xu-sheng , YIN Wen-jin(91388th Unit, the People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)Abstract: The firing triangle is the theoretical basis for calculating the firing advance angle of submarine-launched torpedo. With the development of torpedo technology and the need of battlefield, the application of traditional torpedo firing triangle becomes more and more limited. In this paper, the effects of torpedo velocity variation and target radiated noise on torpedo homing distance are considered, and an optimization model of the firing elements of submarine-launched acoustic homing torpedo, which is close to actual combat, is established, and a method for calculating the advance angle is deduced. According to this model, simulation of torpedo attack trajectory and calculation of detection probability are conducted, and the results show that this model is applicable to comprehensive battlefield situations. Keywords: torpedo; firing model; trajectory simulation; detection probability0 引言鱼雷作为潜艇携带的主要武器之一, 其发射时机和作战效能[1]在一定程度上影响着海战进程。
