飞行器动力学建模与仿真讲解课件.ppt

1、n控制工程对于广义的系统工程设计的指导价值控制工程对于广义的系统工程设计的指导价值；n系统工程的传承性；系统工程的传承性；n传承与创新的关系；传承与创新的关系；n“至少应该熟悉一个具体领域中的工程实至少应该熟悉一个具体领域中的工程实际问题，这样才能对这一学科的基本命题际问题，这样才能对这一学科的基本命题、方法和结论有深刻的理解、方法和结论有深刻的理解”。n“没有工程技术的实际知识和实践经验，没有工程技术的实际知识和实践经验，就缺少完全理解和彻底掌握工程控制论的就缺少完全理解和彻底掌握工程控制论的基础基础”。主要以大气层内的有翼飞行器为重点对象主要以大气层内的有翼飞行器为重点对象.一则与我们更加

2、一则与我们更加接近接近,更容易为大家所理解更容易为大家所理解;二则这个对象的一些主要分析研二则这个对象的一些主要分析研究方法和思想究方法和思想,可以为更广泛的领域所借鉴可以为更广泛的领域所借鉴.飞行器的升力基本由弹翼提供飞行器的升力基本由弹翼提供常见的翼形常见的翼形推力来源：推力来源：发动机.阻力来源：阻力来源：空气对机身 的阻力和摩擦力.升力来源：升力来源：伯努利原理.重力来源：重力来源：万有引力.伯努利原理对应于标准的反馈控制框图，对应于标准的反馈控制框图，GNC分别对应于哪些元素？分别对应于哪些元素？1936年，德国开始进行年，德国开始进行“制导火箭制导火箭”研究工程。研究工程。著名的著

3、名的V1和和V2导弹，是现代制导武器的鼻祖，地地导弹。导弹，是现代制导武器的鼻祖，地地导弹。V1导弹倾斜发射，飞行完预设的距离后，转动升降舵，掉头俯冲攻击目标。导弹倾斜发射，飞行完预设的距离后，转动升降舵，掉头俯冲攻击目标。大约飞行大约飞行370km，使用自动驾驶仪，核心是陀螺。，使用自动驾驶仪，核心是陀螺。V2导弹投入实用，造成了很大心理威慑。导弹投入实用，造成了很大心理威慑。精度：精度：16km/322km系统组成：方向陀螺进行航向稳定系统组成：方向陀螺进行航向稳定+时间驱动的俯仰指令机构；轴向积分加速度时间驱动的俯仰指令机构；轴向积分加速度计，当速度达到要求时，关闭发动机。使用了最早的计

4、，当速度达到要求时，关闭发动机。使用了最早的陀螺与加速度计陀螺与加速度计与现今高精度巡航导弹的差别：小闭环与大闭环与现今高精度巡航导弹的差别：小闭环与大闭环质心的移动：力的影响：包括质心的移动：力的影响：包括空气动力空气动力，发动机的推力和，发动机的推力和 重力。重力。绕质心的转动：相对于质心的力矩绕质心的转动：相对于质心的力矩,，包括，包括空气动力矩空气动力矩，推力矩。推力矩。迎角在飞行力学，也就是作为控制对象的飞行器的特性建迎角在飞行力学，也就是作为控制对象的飞行器的特性建模中，具有基础和核心的作用。正如同没有反馈就没有控模中，具有基础和核心的作用。正如同没有反馈就没有控制一样，没有迎角就

5、没有飞行力学，也就无从谈上飞行器制一样，没有迎角就没有飞行力学，也就无从谈上飞行器的设计。的设计。翼面积翼面积S弹翼平面的投影面积，常作为特征面积；弹翼平面的投影面积，常作为特征面积；动压动压q=1/2V20/MaV V一般来说，各个力系数是一般来说，各个力系数是Ma数的函数数的函数对于一般的对于一般的GNC问问题，主要就是通过题，主要就是通过气动力变化改变气动力变化改变Y和和Z从而调节飞行从而调节飞行轨迹，而调节速度轨迹，而调节速度大小主要是发动机大小主要是发动机推力的功能。推力的功能。X=cx*q*SY=cy*q*SZ=cz*q*S一般来说，以上各个偏导系数都是一般来说，以上各个偏导系数都

6、是Ma数的函数数的函数面对称面对称:轴对称轴对称:攻角攻角提供的升力分量占到绝大部分，超过提供的升力分量占到绝大部分，超过90%，因此只有改变，因此只有改变才能真才能真正影响升力的变化进而改变飞行器的高度；升降舵正影响升力的变化进而改变飞行器的高度；升降舵z的改变不是用来直的改变不是用来直接影响升力的，而是通过调节接影响升力的，而是通过调节间接影响升力的间接影响升力的(飞行控制改变轨迹的机飞行控制改变轨迹的机理，需要深刻把握，并在未来的飞行控制设计中体会理，需要深刻把握，并在未来的飞行控制设计中体会)。力的作用点，压心力的作用点，压心(主要受主要受Ma数数影响影响)，十分重要，十分重要注意观察

7、几个控制舵的位置注意观察几个控制舵的位置小攻角和舵偏角情况下小攻角和舵偏角情况下:最关键的主要最关键的主要3项项(第第2到到4项项)：恢复力矩、操纵力矩恢复力矩、操纵力矩、阻尼力矩、阻尼力矩上述三项是控制设计中的主要考虑因素，而恢复与操纵力矩量值又远比阻尼力矩大。上述三项是控制设计中的主要考虑因素，而恢复与操纵力矩量值又远比阻尼力矩大。恢复力矩总是自然的去平衡操纵力矩，使得二者之和基本为恢复力矩总是自然的去平衡操纵力矩，使得二者之和基本为0，顾名思义。改变操纵，顾名思义。改变操纵力矩，就必然改变了攻角，从而影响了升力大小力矩，就必然改变了攻角，从而影响了升力大小(这点在未来设计中可以通过输出曲

8、这点在未来设计中可以通过输出曲线对比的形式深化理解线对比的形式深化理解)。偏航偏航滚动滚动与纵向的相对独立不同，偏航与滚动具有很强的耦合性，只要出现侧滑角，与纵向的相对独立不同，偏航与滚动具有很强的耦合性，只要出现侧滑角，这两个方向都会受到影响。这两个方向都会受到影响。dVmFdtdHMdt欧拉角欧拉角方向余弦矩阵方向余弦矩阵coscossin(sincoscossinsin)cossincoscos(sinsincossincos)sincosdVmPXmgdtdmVPYZmgvvvvdtdvmVPYZvvvvdtcoscossincossinvvdxVdtdyVdtdzVdt 1111111sincos1(cossin)costan(cossin)yzyzxyzddtddtddt sincos cos sin()sinsincos()sincossinsincos sincos cos()sinsin()sincoscos/cossin(cossinsinsinsincos coscossincos)/cosvvvvv插值函数程序插值函数程序1123412132431(22)6(,)1(,)221(,)22(,)kkkkkkkkkkxxKKKKKt f txtKt f txKtKt f txKKt f tt xK