MATLAB在飞行器制导控制系统研制中的应用
作 译 者：常晓飞,符文星,陈康
出 版 日 期：2020-03-01
书 代 号：G0384860
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121384868
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图 书 内 容
内容简介
制导控制系统作为飞行器和精确制导武器的核心组成部分，其性能优劣直接影响到飞行器的性能和武器系统的战技指标。由于飞行器是一个具有非线性、时变、耦合和不确定性的被控对象，导致其制导控制系统设计过程较为复杂，需要经过系统建模、设计、分析、数学仿真、系统部件测试、半实物仿真、飞行试验等诸多环节，其设计过程难度大、周期长、花费多、效率低。 Matlab作为当今世界科学研究和工程领域中广泛使用的控制系统设计工具，为设计者提供了系统设计/系统测试/系统仿真/数据分析一体化的先进的系统开发与设计环境。在飞行器制导控制系统设计过程中，Matlab有非常广泛的应用，在方案论证、控制回路设计和制导回路详细设计，仿真验证试验等不同的研制阶段中发挥了重要的作用。设计人员基于Matlab仿真评估，能够做到边设计、边分析、边试验，大大提高了工程设计与型号研制的效率和质量。 本书结合飞行器制导控制系统的研制过程，详细介绍了Matlab在控制系统设计、非线性模型仿真验证、制导系统设计分析、半实物仿真验证和试验数据统计分析等方面的应用。图书详情
ISBN：9787121384868开 本：16开页 数：794字 数：794.0本书目录
第1章 绪论 1展开
1.1 精确制导武器制导控制系统概述 2
1.1.1 精确制导武器制导控制系统的概念及组成 2
1.1.2 精确制导武器的制导控制系统的研制过程 3
1.2 MATLAB软件在制导控制系统研制中的应用 7
1.2.1 MATLAB的发展历程 8
1.2.2 基于MATLAB开展制导控制系统设计的优点 9
1.2.3 MATLAB的组成及其在制导控制系统研制中的应用 10
1.3 本书的结构及内容 17
第2章 MATLAB程序语言设计基础 19
2.1 MATLAB 软件界面简介 19
2.1.1 MATLAB软件界面 19
2.1.2 MATLAB软件设置 20
2.2 MATLAB语言中的变量及命令行窗口的基本操作 22
2.2.1 MATLAB语言中的变量及数据结构 22
2.2.2 MATLAB语言中命令行窗口的操作 24
2.3 MATLAB语言中数据的运算方法 26
2.3.1 Matlab语言中数据的创建 26
2.3.2 Matlab语言中数据的标识与寻访 30
2.3.3 Matlab语言中数据的运算处理 31
2.4 MATLAB 函数的编写与调试 35
2.4.1 M文件的分类及构成元素 35
2.4.2 M函数的类别 37
2.4.3 M语言中的控制流 38
2.4.4 M函数的参数传递 42
2.4.5 M文件编辑器简介 42
2.4.6 M语言的编程技巧、调试方法与耗时测试 43
2.5 MATLAB的数据曲线绘制 46
2.5.1 二维曲线及修饰方法 46
2.5.2 三维绘图及修饰方法 49
2.5.3 特殊曲线的绘制方法 53
2.6 本章要点小结 54
第3章 MATLAB与科学计算 55
3.1 利用MATLAB求解线性代数问题 55
3.1.1 矩阵的基本分析方法 55
3.1.2 代数方程的求解 59
3.2 利用MATLAB求解微积分问题 63
3.2.1 MATLAB中微积分问题的解析解求解方法 63
3.2.2 MATLAB中微积分问题的数值解求解方法 66
3.2.3 常微分方程的数值求解方法 68
3.3 利用MATLAB求解优化问题 71
3.3.1 非线性方程组的求解 72
3.3.2 无约束情况下优化问题的求解 73
3.3.3 约束情况下优化问题的求解 74
3.3.4 优化问题求解函数的设置 76
3.4 利用MATLAB进行插值、拟合和统计 77
3.4.1 数据的插值处理 77
3.4.2 曲线数据的拟合 79
3.4.3 随机数据的生成和统计 81
3.5 本章要点小结 84
第4章 基于飞行器线性模型的控制系统设计 85
4.1 飞行器数学模型的建立 85
4.1.1 典型飞行器刚体动力学模型 86
4.1.2 飞行器的小扰动线性化模型 92
4.1.3 飞行器动力学系统的传递函数 94
4.2 飞行器控制系统的典型系统结构 96
4.2.1 飞行器控制系统的任务需求 96
4.2.2 典型过载控制系统结构组成 97
4.2.3 典型姿态控制系统结构组成 100
4.3 线性系统模型在MATLAB环境中的描述方法 101
4.3.1 线性连续系统模型在MATLAB中的描述方法 101
4.3.2 线性离散时间模型在MATLAB中的描述方法 105
4.3.3 线性系统模型之间的相互转换 107
4.3.4 线性系统模型的连接处理 110
4.4 利用MATLAB开展线性控制系统的特性分析 113
4.4.1 基于MATLAB的线性控制系统的稳定性分析 114
4.4.2 基于MATLAB的线性控制系统的状态可控性和可观性分析 119
4.4.3 基于MATLAB的线性系统规范分解 121
4.5 利用MATLAB开展线性控制系统的时域分析 122
4.5.1 线性控制系统的时域分析方法 122
4.5.2 MATLAB在线性控制系统的时域分析中的应用 125
4.6 利用MATLAB开展线性控制系统的根轨迹分析 130
4.6.1 线性控制系统的根轨迹分析方法 130
4.6.2 MATLAB在线性控制系统的根轨迹绘制函数 132
4.7 利用MATLAB开展线性控制系统的频域分析 134
4.7.1 线性控制系统的频域分析概念及基本方法 134
4.7.2 MATLAB在线性控制系统的频域分析中的应用 138
4.8 MATLAB中线性定常系统分析工具linearSystemAnalyzer 141
4.8.1 线性定常系统分析工具箱linearSystemAnalyzer简介 142
4.8.2 线性定常系统分析工具箱linearSystemAnalyzer的使用 144
4.9 MATLAB中SISO控制系统辅助设计工具controlSystemDesigner 148
4.9.1 SISO控制系统辅助设计工具controlSystemDesigner简介 149
4.10 某型飞行器控制性能分析 153
4.11 本章要点小结 156
第5章 基于飞行器非线性模型的控制系统仿真验证 158
5.1 典型飞行器的动力学运动学非线性模型 159
5.1.1 近程飞行器六自由度模型 160
5.1.2 滚转导弹六自由度模型 162
5.1.3 远程火箭六自由度模型 165
5.1.4 远程火箭的绕质心转动的运动学方程组 168
5.2 Simulink建模环境的基本使用方法 170
5.2.1 Simulink建模环境的基本操作 170
5.2.2 Simulink建模环境中模块 175
5.2.3 Simulink建模环境中信号 178
5.2.4 Simulink建模环境中的子系统设置 180
5.2.5 Simulink建模环境中的仿真参数设置 181
5.2.6 Simulink建模环境中的部分概念说明 187
5.3 Simulink建模环境的常用模块 190
5.3.1 信号源模块库（Sources） 190
5.3.2 信号输出模块库（Sinks） 197
5.3.3 连续系统模块库（Continuous） 202
5.3.4 不连续系统模块库（Discontinuities） 208
5.3.5 离散系统模块库（Discrete） 211
5.3.6 逻辑与位操作模块库（Logic and Bit Operations） 212
5.3.7 查表运算模块库（Lookup Tables） 214
5.3.8 数学运算模块库（Math Operations） 217
5.3.9 端口及子系统模块库（Ports ＆ Subsystems） 221
5.3.10 信号属性模块库（Signal Attributes） 222
5.3.11 信号路由选择模块库（Signal Routing） 224
5.3.12 用户自定义函数模块库（User-Defined Functions） 227
5.4 Simulink建模环境的晋级使用技巧 229
5.4.1 Simulink建模环境中查找与浏览功能 229
5.4.2 Simulink建模环境中条件执行技术 231
5.4.3 Simulink建模环境中流控制技术 234
5.4.4 Simulink建模环境中子模块的封装技术 241
5.5 基于Simulink的飞行器非线性模型的建立 247
5.5.2 Simulink环境下飞行器模型的搭建步骤 248
5.5.3 Simulink环境下六自由度仿真模型 249
5.6 本章要点小结 254
第6章 先进飞控算法在MATLAB/Simulink中的实现 256
6.1 Simulink环境中高级使用方法 256
6.1.1 Simulink模型的M语言调用方法 257
6.1.2 Simulink模型中的回调函数设置 262
6.1.3 Simulink中S函数的使用方法 266
6.1.4 Simulink模型的线性化处理及分析工具 275
6.2 MATLAB中航空航天工具箱和模块库的使用 276
6.2.1 MATLAB中航空航天工具箱Aerospace Toolbox简介 276
6.2.2 MATLAB中航空航天模块库Aerospace Blockset简介 281
6.2.3 MATLAB中航空航天工具箱和模块库的相关例程 288
6.3 神经网络在Matlab/Simulink中使用方法 291
6.3.1 神经网络的基本概念 291
6.3.2 MATLAB中神经网络工具箱Neural Network Toolbox的简介 295
6.3.3 MATLAB中神经网络工具箱Neural Network Toolbox的应用工具 301
6.3.4 MATLAB中神经网络工具箱Neural Network Toolbox的Simulink
模块库 305
6.3.5 MATLAB中神经网络工具箱Neural Network Toolbox的相关例程 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中模糊逻辑工具箱Fuzzy Logic Toolbox的简介 310
6.4.3 MATLAB中模糊逻辑工具箱Fuzzy Logic Toolbox的应用工具 319
6.4.4 MATLAB中模糊逻辑工具箱Fuzzy Logic Toolbox的Simulink模块库 323
6.4.5 MATLAB中模糊逻辑工具箱Fuzzy Logic Toolbox的相关例程 323
6.5 本章要点小结 325
第7章 MATLAB在飞行器制导系统设计分析中的应用 327
7.1 精确制导武器导引律的设计分析 327
7.1.1 精确制导武器各种导引律简介 327
7.1.2 精确制导武器制导系统的设计与仿真验证 330
7.2 制导控制系统中常用滤波处理的在MATLAB的实现方法 335
7.2.1 MATLAB中的常用的信号滤波处理方法 335
7.2.2 MATLAB中实现卡尔曼滤波的常用方法 346
7.3 图像寻的制导研究中的Matlab应用方法 356
7.3.1 MATLAB中的图像处理基础 357
7.3.2 MATLAB中的图像增强处理方法 361
7.3.3 MATLAB中的图像复原处理方法 367
7.3.4 MATLAB中的图像分割及跟踪处理方法 372
7.3.5 MATLAB中开展图像处理的例程 379
7.4 雷达寻的制导研究中的MATLAB应用方法 384
7.4.1 雷达制导系统的相关基础知识 385
7.4.2 MATLAB的射频工具箱RF Toolbox简介 388
7.4.3 MATLAB的相控阵系统工具箱Phased Array System Toolbox简介 399
7.4.4 Simulink中SimRF模块库简介 409
7.5 本章要点小结 416
第8章 MATLAB在飞行器制导控制系统仿真验证中的应用 418
8.1 利用MATLAB开展蒙特卡罗数学仿真验证 418
8.1.1 蒙特卡罗仿真的概念 419
8.1.2 制导控制系统研制中蒙特卡罗仿真验证 421
8.2 常用的MATLAB模型解算速度提升方法 425
8.2.1 制导控制系统仿真计算中对模型运行速度的需求分析 425
8.2.2 提升Simulink模型运行速度的常用方法 426
8.2.3 MATLAB环境下单机多核并行计算实现方法 429
8.2.4 MATLAB环境下机群分布式并行计算实现方法 432
8.3 MATLAB在制导控制系统半实物仿真中的应用 436
8.3.1 半实物仿真试验相关概念 436
8.3.2 MATLAB在半实物仿真系统中的应用 439
8.5 本章要点小结 446
第9章 MATLAB在试验数据结果分析中的应用 447
9.1 试验数据分析中的基本概念 447
9.1.1 误差的概念和分类 447
9.1.2 试验数据的精确度与判断 448
9.1.3 试验数据分析的主要内容 449
9.2 基于MATLAB的试验数据描述性分析及数据预处理方法 449
9.2.1 试验数据的描述性分析方法及其相关MATLAB函数 450
9.2.2 试验数据的预处理方法及其相关MATLAB函数 453
9.3 基于Matlab的试验数据假设检验分析方法 457
9.3.1 试验数据假设检验的基本概念 457
9.3.2 常用的参数假设检验及其相关MATLAB函数 458
9.3.3 常用的非参数假设检验及其相关MATLAB函数 460
9.4 基于MATLAB的试验数据参数估计方法 462
9.4.1 试验数据参数估计的基本概念 463
9.4.2 常用的试验数据不同分布假设检验及其相关MATLAB函数 463
9.5 基于MATLAB的试验数据回归分析方法 465
9.5.1 一元线性回归模型及其相关MATLAB函数 465
9.5.2 多元线性回归模型及其相关MATLAB函数 467
9.5.3 非线性回归的形式及其相关MATLAB函数 469
9.6 试验数据的统计绘图分析 471
9.6.1 常用的统计绘图 471
9.6.2 概率分布统计绘图 473
9.6.3 MATLAB中图形绘制方法汇总 474
9.7 本章要点小结 475
附表：格拉布斯临界值表 477
参考文献 480前 言
制导控制系统作为飞行器和精确制导武器的核心系统，其性能直接影响飞行器和武器的战术技术指标。随着作战模式的日趋多样和战场环境的日趋恶劣，制导控制系统的设计面临着作战任务复杂多变、约束条件项目众多、各种干扰日趋显著、制导精度愈加精准和设计周期日渐缩短等诸多问题。展开
制导控制系统的研制过程大致分为系统建模、设计、分析、数学仿真、性能测试、半实物仿真、实弹靶试等诸多设计步骤，需要不断地对系统和分系统之间的性能参数进行综合权衡，最终才能给出一个满意的设计结果。同时，在制导控制系统的设计中，涉及飞行力学、经典控制原理、现代最优控制、信号处理、滤波估计、图像处理、射频信号处理、试验数据分析等诸多知识和专业领域，因此，飞行器制导控制系统的研制是一个非常复杂的系统化工程。
MATLABMatlab作为当今世界科学研究和工程领域中广泛使用的控制系统设计工具，为设计者提供了系统设计、系统测试、系统仿真、数据分析一体化的先进的系统开发与设计环境。在飞行器制导控制系统设计过程中，MATLABMatlab有着非常广泛的应用，在方案论证、控制回路设计和制导回路详细设计以及仿真验证试验等不同的研制阶段中发挥了重要的作用。设计人员基于MATLABMatlab仿真评估，能够做到边设计、边分析、边试验，大大提高了工程设计与型号研制的效率和质量。
目前，国内已经出版了众多Matlab及其工具箱的书籍和教材，多数侧重于介绍Matlab软件在科学计算、控制系统设计、图像分析等方面的功能与应用，并且但是与工程实践和具体应用结合的书籍较少。对于制导控制系统设计中的Matlab应用方法，缺乏系统的地、整体地的介绍，科研人员往往需要查阅多本书籍才能找到适合适的内容。为了满足制导控制系统的专业需求，从实用性和普及与提高相结合的角度出发，编者在多年应用Matlab软件教学和科研的基础上，紧密结合制导控制系统的设计流程，较为系统地、全面地介绍了Matlab软件及其相关功能。可使读者方便、快捷地基于Matlab软件完成系统概念设计、方案设计、仿真验证、数据分析的相关工作。本书注重工程应用，结合编者多年Matlab软件的使用经验，增加了相关模块工程使用的内容，使读者能够结合具体型号研制阶段 ，联系自己的工程实践问题，尽快掌握所学的方法和技术。
本书
内容紧密结合制导控制系统的研制流程，首先介绍了MATLABMatlab的基本功能及其在科学计算中的应用；然后，介绍了如何利用MATLABMatlab中相关函数和工具完成线性控制系统的设计和非线性模型的构建，并介绍了航空航天工具箱和现代控制工具箱的应用方法；接下来，介绍了MATLABMatlab在制导系统设计中的应用方法，侧重于信号滤波、图像处理、射频处理等内容；最后，介绍了如何利用MATLABMatlab在制导控制系统仿真验证中的应用，重点介绍了蒙特卡罗仿真、仿真加速、和半实物仿真等工作的实现方法，以及如何利用MATLABMatlab开展试验数据的统计分析。
本书是编者在总结西北工业大学飞控所多位教师教学和科研工作基础上，参考国内外相关文献资料编写完成的，在编写过程中得到了研究所全体教师的大力支持和帮助。另外，研究所的万士正、廉璞、罗诗雨、孙博、郭瑞生、胥锦程、徐亚宁等多位研究生参与了相关文献资料的收集和文字校对工作，在此一并表示感谢。编者在编写过程中，参考了多位学者的研究文献以及网路网络论坛资料，在此也向他们表示感谢。
由于编者水平有限，疏漏和不当之处在所难免，恳请读者与专家批评指正。
编者于西北工业大学
2020年1月作者简介
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