MATLAB在飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中的應(yīng)用
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- 作者：常曉飛
- 出版時間：2020/3/1
- ISBN：9787121384868
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：V47-39
- 頁碼：794
- 紙張：膠版紙
- 版次：01
- 開本：16K
制導(dǎo)控制系統(tǒng)作為飛行器和精確制導(dǎo)武器的核心組成部分，其性能優(yōu)劣直接影響到飛行器的性能和武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標。由于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(dǎo)致其制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計過程較為復(fù)雜，需要經(jīng)過系統(tǒng)建模、設(shè)計、分析、數(shù)學(xué)仿真、系統(tǒng)部件測試、半實物仿真、飛行試驗等諸多環(huán)節(jié)，其設(shè)計過程難度大、周期長、花費多、效率低。 Matlab作為當(dāng)今世界科學(xué)研究和工程領(lǐng)域中廣泛使用的控制系統(tǒng)設(shè)計工具，為設(shè)計者提供了系統(tǒng)設(shè)計/系統(tǒng)測試/系統(tǒng)仿真/數(shù)據(jù)分析一體化的先進的系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計環(huán)境。在飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，Matlab有非常廣泛的應(yīng)用，在方案論證、控制回路設(shè)計和制導(dǎo)回路詳細設(shè)計，仿真驗證試驗等不同的研制階段中發(fā)揮了重要的作用。設(shè)計人員基于Matlab仿真評估，能夠做到邊設(shè)計、邊分析、邊試驗，大大提高了工程設(shè)計與型號研制的效率和質(zhì)量。 本書結(jié)合飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的研制過程，詳細介紹了Matlab在控制系統(tǒng)設(shè)計、非線性模型仿真驗證、制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計分析、半實物仿真驗證和試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方面的應(yīng)用。
常曉飛，男，博士，副教授。2010年6月以前在西北工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位，2010年6月-至今，任職于西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院。
第1章 緒論 1
1.1 精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)控制系統(tǒng)概述 2
1.1.1 精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的概念及組成 2
1.1.2 精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)控制系統(tǒng)的研制過程 3
1.2 MATLAB軟件在制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中的應(yīng)用 7
1.2.1 MATLAB的發(fā)展歷程 8
1.2.2 基于MATLAB開展制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點 9
1.2.3 MATLAB的組成及其在制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中的應(yīng)用 10
1.3 本書的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容 17
第2章 MATLAB程序語言設(shè)計基礎(chǔ) 19
2.1 MATLAB 軟件界面簡介 19
2.1.1 MATLAB軟件界面 19
2.1.2 MATLAB軟件設(shè)置 20
2.2 MATLAB語言中的變量及命令行窗口的基本操作 22
2.2.1 MATLAB語言中的變量及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 22
2.2.2 MATLAB語言中命令行窗口的操作 24
2.3 MATLAB語言中數(shù)據(jù)的運算方法 26
2.3.1 Matlab語言中數(shù)據(jù)的創(chuàng)建 26
2.3.2 Matlab語言中數(shù)據(jù)的標識與尋訪 30
2.3.3 Matlab語言中數(shù)據(jù)的運算處理 31
2.4 MATLAB 函數(shù)的編寫與調(diào)試 35
2.4.1 M文件的分類及構(gòu)成元素 35
2.4.2 M函數(shù)的類別 37
2.4.3 M語言中的控制流 38
2.4.4 M函數(shù)的參數(shù)傳遞 42
2.4.5 M文件編輯器簡介 42
2.4.6 M語言的編程技巧、調(diào)試方法與耗時測試 43
2.5 MATLAB的數(shù)據(jù)曲線繪制 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 特殊曲線的繪制方法 53
2.6 本章要點小結(jié) 54
第3章 MATLAB與科學(xué)計算 55
3.1 利用MATLAB求解線性代數(shù)問題 55
3.1.1 矩陣的基本分析方法 55
3.1.2 代數(shù)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(shù)值解求解方法 66
3.2.3 常微分方程的數(shù)值求解方法 68
3.3 利用MATLAB求解優(yōu)化問題 71
3.3.1 非線性方程組的求解 72
3.3.2 無約束情況下優(yōu)化問題的求解 73
3.3.3 約束情況下優(yōu)化問題的求解 74
3.3.4 優(yōu)化問題求解函數(shù)的設(shè)置 76
3.4 利用MATLAB進行插值、擬合和統(tǒng)計 77
3.4.1 數(shù)據(jù)的插值處理 77
3.4.2 曲線數(shù)據(jù)的擬合 79
3.4.3 隨機數(shù)據(jù)的生成和統(tǒng)計 81
3.5 本章要點小結(jié) 84
第4章 基于飛行器線性模型的控制系統(tǒng)設(shè)計 85
4.1 飛行器數(shù)學(xué)模型的建立 85
4.1.1 典型飛行器剛體動力學(xué)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(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 94
4.2 飛行器控制系統(tǒng)的典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 96
4.2.1 飛行器控制系統(tǒng)的任務(wù)需求 96
4.2.2 典型過載控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 97
4.2.3 典型姿態(tài)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 100
4.3 線性系統(tǒng)模型在MATLAB環(huán)境中的描述方法 101
4.3.1 線性連續(xù)系統(tǒng)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(tǒng)模型之間的相互轉(zhuǎn)換 107
4.3.4 線性系統(tǒng)模型的連接處理 110
4.4 利用MATLAB開展線性控制系統(tǒng)的特性分析 113
4.4.1 基于MATLAB的線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 114
4.4.2 基于MATLAB的線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)可控性和可觀性分析 119
4.4.3 基于MATLAB的線性系統(tǒng)規(guī)范分解 121
4.5 利用MATLAB開展線性控制系統(tǒng)的時域分析 122
4.5.1 線性控制系統(tǒng)的時域分析方法 122
4.5.2 MATLAB在線性控制系統(tǒng)的時域分析中的應(yīng)用 125
4.6 利用MATLAB開展線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析 130
4.6.1 線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析方法 130
4.6.2 MATLAB在線性控制系統(tǒng)的根軌跡繪制函數(shù) 132
4.7 利用MATLAB開展線性控制系統(tǒng)的頻域分析 134
4.7.1 線性控制系統(tǒng)的頻域分析概念及基本方法 134
4.7.2 MATLAB在線性控制系統(tǒng)的頻域分析中的應(yīng)用 138
4.8 MATLAB中線性定常系統(tǒng)分析工具linearSystemAnalyzer 141
4.8.1 線性定常系統(tǒng)分析工具箱linearSystemAnalyzer簡介 142
4.8.2 線性定常系統(tǒng)分析工具箱linearSystemAnalyzer的使用 144
4.9 MATLAB中SISO控制系統(tǒng)輔助設(shè)計工具controlSystemDesigner 148
4.9.1 SISO控制系統(tǒng)輔助設(shè)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(jié) 156
第5章 基于飛行器非線性模型的控制系統(tǒng)仿真驗證 158
5.1 典型飛行器的動力學(xué)運動學(xué)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(zhuǎn)導(dǎo)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(zhì)心轉(zhuǎn)動的運動學(xué)方程組 168
5.2 Simulink建模環(huán)境的基本使用方法 170
5.2.1 Simulink建模環(huán)境的基本操作 170
5.2.2 Simulink建模環(huán)境中模塊 175
5.2.3 Simulink建模環(huán)境中信號 178
5.2.4 Simulink建模環(huán)境中的子系統(tǒng)設(shè)置 180
5.2.5 Simulink建模環(huán)境中的仿真參數(shù)設(shè)置 181
5.2.6 Simulink建模環(huán)境中的部分概念說明 187
5.3 Simulink建模環(huán)境的常用模塊 190
5.3.1 信號源模塊庫（Sources） 190
5.3.2 信號輸出模塊庫（Sinks） 197
5.3.3 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Continuous） 202
5.3.4 不連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Discontinuities） 208
5.3.5 離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete） 211
5.3.6 邏輯與位操作模塊庫（Logic and Bit Operations） 212
5.3.7 查表運算模塊庫（Lookup Tables） 214
5.3.8 數(shù)學(xué)運算模塊庫（Math Operations） 217
5.3.9 端口及子系統(tǒng)模塊庫（Ports ＆ Subsystems） 221
5.3.10 信號屬性模塊庫（Signal Attributes） 222
5.3.11 信號路由選擇模塊庫（Signal Routing） 224
5.3.12 用戶自定義函數(shù)模塊庫（User-Defined Functions） 227
5.4 Simulink建模環(huán)境的晉級使用技巧 229
5.4.1 Simulink建模環(huán)境中查找與瀏覽功能 229
5.4.2 Simulink建模環(huán)境中條件執(zhí)行技術(shù) 231
5.4.3 Simulink建模環(huán)境中流控制技術(shù) 234
5.4.4 Simulink建模環(huán)境中子模塊的封裝技術(shù) 241
5.5 基于Simulink的飛行器非線性模型的建立 247
5.5.2 Simulink環(huán)境下飛行器模型的搭建步驟 248
5.5.3 Simulink環(huán)境下六自由度仿真模型 249
5.6 本章要點小結(jié) 254
第6章 先進飛控算法在MATLAB/Simulink中的實現(xiàn) 256
6.1 Simulink環(huán)境中高級使用方法 256
6.1.1 Simulink模型的M語言調(diào)用方法 257
6.1.2 Simulink模型中的回調(diào)函數(shù)設(shè)置 262
6.1.3 Simulink中S函數(shù)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塊庫的使用 276
6.2.1 MATLAB中航空航天工具箱Aerospace Toolbox簡介 276
6.2.2 MATLAB中航空航天模塊庫Aerospace Blockset簡介 281
6.2.3 MATLAB中航空航天工具箱和模塊庫的相關(guān)例程 288
6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在Matlab/Simulink中使用方法 291
6.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念 291
6.3.2 MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱Neural Network Toolbox的簡介 295
6.3.3 MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱Neural Network Toolbox的應(yīng)用工具 301
6.3.4 MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱Neural Network Toolbox的Simulink
模塊庫 305
6.3.5 MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱Neural Network Toolbox的相關(guān)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的應(yīng)用工具 319
6.4.4 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的Simulink模塊庫 323
6.4.5 MATLAB中模糊邏輯工具箱Fuzzy Logic Toolbox的相關(guān)例程 323
6.5 本章要點小結(jié) 325
第7章 MATLAB在飛行器制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計分析中的應(yīng)用 327
7.1 精確制導(dǎo)武器導(dǎo)引律的設(shè)計分析 327
7.1.1 精確制導(dǎo)武器各種導(dǎo)引律簡介 327
7.1.2 精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與仿真驗證 330
7.2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)中常用濾波處理的在MATLAB的實現(xiàn)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(xiàn)卡爾曼濾波的常用方法 346
7.3 圖像尋的制導(dǎo)研究中的Matlab應(yīng)用方法 356
7.3.1 MATLAB中的圖像處理基礎(chǔ) 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(fù)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(dǎo)研究中的MATLAB應(yīng)用方法 384
7.4.1 雷達制導(dǎo)系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)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(tǒng)工具箱Phased Array System Toolbox簡介 399
7.4.4 Simulink中SimRF模塊庫簡介 409
7.5 本章要點小結(jié) 416
第8章 MATLAB在飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真驗證中的應(yīng)用 418
8.1 利用MATLAB開展蒙特卡羅數(shù)學(xué)仿真驗證 418
8.1.1 蒙特卡羅仿真的概念 419
8.1.2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制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(dǎo)控制系統(tǒng)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(huán)境下單機多核并行計算實現(xiàn)方法 429
8.2.4 MATLAB環(huán)境下機群分布式并行計算實現(xiàn)方法 432
8.3 MATLAB在制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實物仿真中的應(yīng)用 436
8.3.1 半實物仿真試驗相關(guān)概念 436
8.3.2 MATLAB在半實物仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用 439
8.5 本章要點小結(jié) 446
第9章 MATLAB在試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析中的應(yīng)用 447
9.1 試驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的精確度與判斷 448
9.1.3 試驗數(shù)據(jù)分析的主要內(nèi)容 449
9.2 基于MATLAB的試驗數(shù)據(jù)描述性分析及數(shù)據(jù)預(yù)處理方法 449
9.2.1 試驗數(shù)據(jù)的描述性分析方法及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 450
9.2.2 試驗數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 453
9.3 基于Matlab的試驗數(shù)據(jù)假設(shè)檢驗分析方法 457
9.3.1 試驗數(shù)據(jù)假設(shè)檢驗的基本概念 457
9.3.2 常用的參數(shù)假設(shè)檢驗及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 458
9.3.3 常用的非參數(shù)假設(shè)檢驗及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 460
9.4 基于MATLAB的試驗數(shù)據(jù)參數(shù)估計方法 462
9.4.1 試驗數(shù)據(jù)參數(shù)估計的基本概念 463
9.4.2 常用的試驗數(shù)據(jù)不同分布假設(shè)檢驗及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 463
9.5 基于MATLAB的試驗數(shù)據(jù)回歸分析方法 465
9.5.1 一元線性回歸模型及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 465
9.5.2 多元線性回歸模型及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 467
9.5.3 非線性回歸的形式及其相關(guān)MATLAB函數(shù) 469
9.6 試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計繪圖分析 471
9.6.1 常用的統(tǒng)計繪圖 471
9.6.2 概率分布統(tǒng)計繪圖 473
9.6.3 MATLAB中圖形繪制方法匯總 474
9.7 本章要點小結(jié) 475
附表：格拉布斯臨界值表 477
參考文獻 480
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