MATLAB在飛行器制導控制系統研製中的套用

《MATLAB在飛行器制導控制系統研製中的套用》是2020年3月電子工業出版社出版的圖書，作者是常曉飛,符文星,陳康。

基本介紹

• 書名：MATLAB在飛行器制導控制系統研製中的套用
• 作者：常曉飛,符文星,陳康
• 出版社：電子工業出版社
• 出版時間：2020年3月
• 頁數：794 頁
• 開本：16 開
• ISBN：9787121384868
• 字數：794千字
• 版次：01-01

內容簡介

制導控制系統作為飛行器和精確制導武器的核心組成部分，其性能優劣直接影響到飛行器的性能和武器系統的戰技指標。由於飛行器是一個具有非線性、時變、耦合和不確定性的被控對象，導致其制導控制系統設計過程較為複雜，需要經過系統建模、設計、分析、數學仿真、系統部件測試、半實物仿真、飛行試驗等諸多環節，其設計過程難度大、周期長、花費多、效率低。 Matlab作為當今世界科學研究和工程領域中廣泛使用的控制系統設計工具，為設計者提供了系統設計/系統測試/系統仿真/數據分析一體化的先進的系統開發與設計環境。在飛行器制導控制系統設計過程中，Matlab有非常廣泛的套用，在方案論證、控制迴路設計和制導迴路詳細設計，仿真驗證試驗等不同的研製階段中發揮了重要的作用。設計人員基於Matlab仿真評估，能夠做到邊設計、邊分析、邊試驗，大大提高了工程設計與型號研製的效率和質量。 本書結合飛行器制導控制系統的研製過程，詳細介紹了Matlab在控制系統設計、非線性模型仿真驗證、制導系統設計分析、半實物仿真驗證和試驗數據統計分析等方面的套用。

圖書目錄

第1章 緒論1

1.1 精確制導武器制導控制系統概述2

1.1.1 精確制導武器制導控制系統的概念及組成2

1.1.2 精確制導武器的制導控制系統的研製過程3

1.2 MATLAB軟體在制導控制系統研製中的套用7

1.2.1 MATLAB的發展歷程8

1.2.2 基於MATLAB開展制導控制系統設計的優點9

1.2.3 MATLAB的組成及其在制導控制系統研製中的套用10

1.3 本書的結構及內容17

第2章 MATLAB程式語言設計基礎19

2.1 MATLAB 軟體界面簡介19

2.1.1 MATLAB軟體界面19

2.1.2 MATLAB軟體設定20

2.2 MATLAB語言中的變數及命令行視窗的基本操作22

2.2.1 MATLAB語言中的變數及數據結構22

2.2.2 MATLAB語言中命令行視窗的操作24

2.3 MATLAB語言中數據的運算方法26

2.3.1 Matlab語言中數據的創建26

2.3.2 Matlab語言中數據的標識與尋訪30

2.3.3 Matlab語言中數據的運算處理31

2.4 MATLAB 函式的編寫與調試35

2.4.1 M檔案的分類及構成元素35

2.4.2 M函式的類別37

2.4.3 M語言中的控制流38

2.4.4 M函式的參數傳遞42

2.4.5 M檔案編輯器簡介42

2.4.6 M語言的編程技巧、調試方法與耗時測試43

2.5 MATLAB的數據曲線繪製46

2.5.1 二維曲線及修飾方法46

2.5.2 三維繪圖及修飾方法49

2.5.3 特殊曲線的繪製方法53

2.6 本章要點小結54

第3章 MATLAB與科學計算55

3.1 利用MATLAB求解線性代數問題55

3.1.1 矩陣的基本分析方法55

3.1.2 代數方程的求解59

3.2 利用MATLAB求解微積分問題63

3.2.1 MATLAB中微積分問題的解析解求解方法63

3.2.2 MATLAB中微積分問題的數值解求解方法66

3.2.3 常微分方程的數值求解方法68

3.3 利用MATLAB求解最佳化問題71

3.3.1 非線性方程組的求解72

3.3.2 無約束情況下最佳化問題的求解73

3.3.3 約束情況下最佳化問題的求解74

3.3.4 最佳化問題求解函式的設定76

3.4 利用MATLAB進行插值、擬合和統計77

3.4.1 數據的插值處理77

3.4.2 曲線數據的擬合79

3.4.3 隨機數據的生成和統計81

3.5 本章要點小結84

第4章 基於飛行器線性模型的控制系統設計85

4.1 飛行器數學模型的建立85

4.1.1 典型飛行器剛體動力學模型86

4.1.2 飛行器的小擾動線性化模型92

4.1.3 飛行器動力學系統的傳遞函式94

4.2 飛行器控制系統的典型系統結構96

4.2.1 飛行器控制系統的任務需求96

4.2.2 典型過載控制系統結構組成97

4.2.3 典型姿態控制系統結構組成100

4.3 線性系統模型在MATLAB環境中的描述方法101

4.3.1 線性連續系統模型在MATLAB中的描述方法101

4.3.2 線性離散時間模型在MATLAB中的描述方法105

4.3.3 線性系統模型之間的相互轉換107

4.3.4 線性系統模型的連線處理110

4.4 利用MATLAB開展線性控制系統的特性分析113

4.4.1 基於MATLAB的線性控制系統的穩定性分析114

4.4.2 基於MATLAB的線性控制系統的狀態可控性和可觀性分析119

4.4.3 基於MATLAB的線性系統規範分解121

4.5 利用MATLAB開展線性控制系統的時域分析122

4.5.1 線性控制系統的時域分析方法122

4.5.2 MATLAB線上性控制系統的時域分析中的套用125

4.6 利用MATLAB開展線性控制系統的根軌跡分析130

4.6.1 線性控制系統的根軌跡分析方法130

4.6.2 MATLAB線上性控制系統的根軌跡繪製函式132

4.7 利用MATLAB開展線性控制系統的頻域分析134

4.7.1 線性控制系統的頻域分析概念及基本方法134

4.7.2 MATLAB線上性控制系統的頻域分析中的套用138

4.8 MATLAB中線性定常系統分析工具linearSystemAnalyzer141

4.8.1 線性定常系統分析工具箱linearSystemAnalyzer簡介142

4.8.2 線性定常系統分析工具箱linearSystemAnalyzer的使用144

4.9 MATLAB中SISO控制系統輔助設計工具controlSystemDesigner148

4.9.1 SISO控制系統輔助設計工具controlSystemDesigner簡介149

4.10 某型飛行器控制性能分析153

4.11 本章要點小結156

第5章 基於飛行器非線性模型的控制系統仿真驗證158

5.1 典型飛行器的動力學運動學非線性模型159

5.1.1 近程飛行器六自由度模型160

5.1.2 滾轉飛彈六自由度模型162

5.1.3 遠程火箭六自由度模型165

5.1.4 遠程火箭的繞質心轉動的運動學方程組168

5.2 Simulink建模環境的基本使用方法170

5.2.1 Simulink建模環境的基本操作170

5.2.2 Simulink建模環境中模組175

5.2.3 Simulink建模環境中信號178

5.2.4 Simulink建模環境中的子系統設定180

5.2.5 Simulink建模環境中的仿真參數設定181

5.2.6 Simulink建模環境中的部分概念說明187

5.3 Simulink建模環境的常用模組190

5.3.1 信號源模組庫（Sources）190

5.3.2 信號輸出模組庫（Sinks）197

5.3.3 連續系統模組庫（Continuous）202

5.3.4 不連續系統模組庫（Discontinuities）208

5.3.5 離散系統模組庫（Discrete）211

5.3.6 邏輯與位操作模組庫（Logic and Bit Operations）212

5.3.7 查表運算模組庫（Lookup Tables）214

5.3.8 數學運算模組庫（Math Operations）217

5.3.9 連線埠及子系統模組庫（Ports & Subsystems）221

5.3.10 信號屬性模組庫（Signal Attributes）222

5.3.11 信號路由選擇模組庫（Signal Routing）224

5.3.12 用戶自定義函式模組庫（User-Defined Functions）227

5.4 Simulink建模環境的晉級使用技巧229

5.4.1 Simulink建模環境中查找與瀏覽功能229

5.4.2 Simulink建模環境中條件執行技術231

5.4.3 Simulink建模環境中流控制技術234

5.4.4 Simulink建模環境中子模組的封裝技術241

5.5 基於Simulink的飛行器非線性模型的建立247

5.5.2 Simulink環境下飛行器模型的搭建步驟248

5.5.3 Simulink環境下六自由度仿真模型249

5.6 本章要點小結254

第6章 先進飛控算法在MATLAB/Simulink中的實現256

6.1 Simulink環境中高級使用方法256

6.1.1 Simulink模型的M語言調用方法257

6.1.2 Simulink模型中的回調函式設定262

6.1.3 Simulink中S函式的使用方法266

6.1.4 Simulink模型的線性化處理及分析工具275

6.2 MATLAB中航空航天工具箱和模組庫的使用276

6.2.1 MATLAB中航空航天工具箱Aerospace Toolbox簡介276

6.2.2 MATLAB中航空航天模組庫Aerospace Blockset簡介281

6.2.3 MATLAB中航空航天工具箱和模組庫的相關例程288

6.3 神經網路在Matlab/Simulink中使用方法291

6.3.1 神經網路的基本概念291

6.3.2 MATLAB中神經網路工具箱Neural Network Toolbox的簡介295

6.3.3 MATLAB中神經網路工具箱Neural Network Toolbox的套用工具301

6.3.4 MATLAB中神經網路工具箱Neural Network Toolbox的Simulink

模組庫305

6.3.5 MATLAB中神經網路工具箱Neural Network Toolbox的相關例程306

6.4 模糊控制在Matlab/Simulink中使用方法307

6.4.1 模糊控制的基本概念307

6.4.2 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的簡介310

6.4.3 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的套用工具319

6.4.4 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的Simulink模組庫323

6.4.5 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的相關例程323

6.5 本章要點小結325

第7章 MATLAB在飛行器制導系統設計分析中的套用327

7.1 精確制導武器導引律的設計分析327

7.1.1 精確制導武器各種導引律簡介327

7.1.2 精確制導武器制導系統的設計與仿真驗證330

7.2 制導控制系統中常用濾波處理的在MATLAB的實現方法335

7.2.1 MATLAB中的常用的信號濾波處理方法335

7.2.2 MATLAB中實現卡爾曼濾波的常用方法346

7.3 圖像尋的制導研究中的Matlab套用方法356

7.3.1 MATLAB中的圖像處理基礎357

7.3.2 MATLAB中的圖像增強處理方法361

7.3.3 MATLAB中的圖像復原處理方法367

7.3.4 MATLAB中的圖像分割及跟蹤處理方法372

7.3.5 MATLAB中開展圖像處理的例程379

7.4 雷達尋的制導研究中的MATLAB套用方法384

7.4.1 雷達制導系統的相關基礎知識385

7.4.2 MATLAB的射頻工具箱RF Toolbox簡介388

7.4.3 MATLAB的相控陣系統工具箱Phased Array System Toolbox簡介399

7.4.4 Simulink中SimRF模組庫簡介409

7.5 本章要點小結416

第8章 MATLAB在飛行器制導控制系統仿真驗證中的套用418

8.1 利用MATLAB開展蒙特卡羅數學仿真驗證418

8.1.1 蒙特卡羅仿真的概念419

8.1.2 制導控制系統研製中蒙特卡羅仿真驗證421

8.2 常用的MATLAB模型解算速度提升方法425

8.2.1 制導控制系統仿真計算中對模型運行速度的需求分析425

8.2.2 提升Simulink模型運行速度的常用方法426

8.2.3 MATLAB環境下單機多核並行計算實現方法429

8.2.4 MATLAB環境下機群分散式並行計算實現方法432

8.3 MATLAB在制導控制系統半實物仿真中的套用436

8.3.1 半實物仿真試驗相關概念436

8.3.2 MATLAB在半實物仿真系統中的套用439

8.5 本章要點小結446

第9章 MATLAB在試驗數據結果分析中的套用447

9.1 試驗數據分析中的基本概念447

9.1.1 誤差的概念和分類447

9.1.2 試驗數據的精確度與判斷448

9.1.3 試驗數據分析的主要內容449

9.2 基於MATLAB的試驗數據描述性分析及數據預處理方法449

9.2.1 試驗數據的描述性分析方法及其相關MATLAB函式450

9.2.2 試驗數據的預處理方法及其相關MATLAB函式453

9.3 基於Matlab的試驗數據假設檢驗分析方法457

9.3.1 試驗數據假設檢驗的基本概念457

9.3.2 常用的參數假設檢驗及其相關MATLAB函式458

9.3.3 常用的非參數假設檢驗及其相關MATLAB函式460

9.4 基於MATLAB的試驗數據參數估計方法462

9.4.1 試驗數據參數估計的基本概念463

9.4.2 常用的試驗數據不同分布假設檢驗及其相關MATLAB函式463

9.5 基於MATLAB的試驗數據回歸分析方法465

9.5.1 一元線性回歸模型及其相關MATLAB函式465

9.5.2 多元線性回歸模型及其相關MATLAB函式467

9.5.3 非線性回歸的形式及其相關MATLAB函式469

9.6 試驗數據的統計繪圖分析471

9.6.1 常用的統計繪圖471

9.6.2 機率分布統計繪圖473

9.6.3 MATLAB中圖形繪製方法匯總474

9.7 本章要點小結475

附表：格拉布斯臨界值表477

參考文獻480