基于Matlab的制导炮弹控制系统计算分析(2)
随着现代战争的理念的进步及发展，超视距及精确打击成为我军远程攻击弹药的研究重点。从20世纪70年代末开始，火炮和弹药的设计中大量使用了各种高新技术，精度得到了大幅度的提高，一种借助常规火炮平台发射的制导炮弹便应运而生。制导炮弹技术是当前兵器科学领域重要的研究方向，炮弹借助常规的发射平台进行发射，飞行过程中通过制导控制组件引导炮弹命中目标。相对于发射及制导系统复杂的其它精确制导武器来说，制导炮弹具有较为简单的发射平台和制导机构，相对低廉的价格以及毫不逊色的制导精度；而相对于常规火炮的制式弹药来说，制导炮弹具备首发命中、效费比高、可对付静止和运动目标等优点。
研究制导炮弹的控制规律，就可以对制导炮弹的控制系统进行分析设计，以达到精确制导控制的目的。这对于改善制导炮弹的性能有很大的意义，因此，本论文所开展的研究工作是很有意义的。
1.2制导炮弹技术发展现状
1.3制导炮弹的优势及发展趋势
1.4 制导炮弹控制系统
制导炮弹的关键部分是制导控制系统，它的好坏不仅决定了制导炮弹命中目标的精度，而且是制导炮弹战术技术性能的决定因素。制导部分在炮弹飞向目标的过程中不断测量实际飞行弹道与规定弹道之间的偏差，按照一定的制导规律（导引律）计算出击中目标所必须的控制指令；控制部分则按照导引律要求的控制指令，驱动伺服系统工作，操纵控制机构，产生控制力和力矩，改变炮弹的飞行姿态和路线，保证炮弹稳定地按照所需要的弹道飞行直至命中目标。
在制导控制系统分析与设计中，一个重要的问题就是制导体制和控制方式的选择。常用的制导方式有遥控制导、自主式制导、寻的制导、复合制导以及多模复合寻的制导；控制方式若按控制通道（俯仰、偏航、滚转三个自由度）分可分为单通道、双通道和三通道三种。无论选择何种制导方式以及控制方式，都要本着满足战术技术指标、系统使用方便且经济性好的原则[1]。
由于炮弹具有多种运动模态和非线性气动特性，飞行条件和状态变化范围广阔且剧烈，且存在大量影响运动规律的随机干扰因素和严重的测量噪声，相比于一般的控制对象，控制难度较大。因此，必须把其运动当作一个复杂技术系统来选取控制方法和控制策略。
1.5论文的主要研究工作和内容
(1) 简要介绍了飞行力学中常用的坐标系，分析了制导炮弹飞行过程中所受的力和力矩，在相应的坐标系下建立了制导炮弹的空间运动方程组。
(2) 基于小扰动理论，建立了制导炮弹纵向扰动方程组，得出了制导炮弹纵向传递函数。
(3) 基于系数冻结法，对制导炮弹纵向短周期自由扰动过程进行了动态分析，结合Matlab软件对控制系统进行时域分析。
(4) 使用Simulink仿真工具对制导炮弹的控制系统进行仿真建模，针对某型制导炮弹优化选择了合理的控制参数。
2制导炮弹运动数学模型
运动方程是表征导弹运动规律的数学模型，也是分析、计算或模拟炮弹运动的基础。在建立运动模型之前，需要规定一些坐标系，同时还必须采用一些假设，以保证简化运动方程且不失一般性。
2.1坐标系定义
飞行力学中的几种常用坐标系定义如下[16-17]：
⑴ 地面坐标系(Oxyz)
地面坐标系是与地球表面固连的坐标系。原点O常选取在弹体发射点上（发射瞬时弹体的质心上）；Ox轴平行于O点处的地平面，一般以指向目标方向为正；Oy轴垂直于地平面，向上为正，Oz轴按右手法则确定。
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