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第1章 飞行器动力学与仿真基础1

1.1飞行器姿态描述1

1.1.1方向余弦阵1

1.1.2欧拉角2

1.1.3四元数3

1.2姿态运动学方程4

1.2.1方向余弦阵4

1.2.2欧拉角6

1.2.3四元数6

1.3姿态动力学方程8

1.3.1动量矩和惯量矩阵8

1.3.2欧拉动力学方程9

1.4飞行器质心运动方程10

1.5动力学仿真实例11

1.5.1姿态运动MATLAB仿真11

1.5.2姿态运动Simulink仿真17

第2章 弹道导弹姿控系统Simulink仿真21

2.1导弹姿控系统的结构和特征21

2.1.1导弹姿控系统的结构21

2.1.2导弹姿控系统的典型特征22

2.2导弹姿态运动数学模型的建立24

2.2.1刚体小扰动俯仰运动方程25

2.2.2弹性振动方程28

2.3导弹姿控系统设计的性能指标29

2.3.1稳定性指标29

2.3.2精度指标30

2.3.3动态性能指标30

2.3.4抗干扰指标31

2.4 ACSCAD软件的功能结构以及图形界面31

2.4.1 ACSCAD软件的功能结构32

2.4.2 ACSCAD软件的图形界面33

2.5导弹六自由度仿真的Simulink建模36

2.5.1导弹六自由度仿真建模特征36

2.5.2导弹六自由度仿真总体结构37

2.5.3六自由度仿真典型子系统建模38

第3章 飞行器再入滑翔弹道Simulink仿真43

3.1高超声速飞行器再入弹道概述43

3.1.1再入拉起段43

3.1.2滑翔飞行段43

3.2平衡滑翔弹道特性理论分析45

3.2.1简化运动模型45

3.2.2速度、高度与速度倾角之间的解析关系46

3.2.3动压、过载与热流密度随速度变化规律48

3.2.4常升阻比时运动状态之间的解析表达式49

3.3跳跃滑翔弹道特性简化仿真分析51

3.3.1初始高度对弹道的影响52

3.3.2初始速度对弹道的影响52

3.3.3初始速度倾角对弹道的影响53

3.4飞行器再入滑翔质心运动数学模型54

3.4.1坐标系定义及其转换54

3.4.2在半速度坐标系中的质心运动方程55

3.5飞行器再入滑翔弹道Simulink建模与仿真60

3.5.1再入滑翔弹道Simulink建模60

3.5.2再入滑翔弹道仿真实例62

第4章 航天器编队飞行Simulink仿真64

4.1基于C-W方程的相对运动描述64

4.1.1 Hill动力学方程的建立64

4.1.2相对运动的解析解66

4.2基于轨道根数的相对运动描述69

4.2.1由轨道根数计算相对运动状态69

4.2.2由相对运动状态计算轨道根数73

4.3地球静止轨道航天器相对运动75

4.3.1无奇异轨道根数75

4.3.2基于E/I矢量的相对运动描述76

4.4航天器编队构形的控制79

4.4.1编队控制转化为交会控制79

4.4.2平面内构形的三冲量控制80

4.5航天器编队飞行的Simulink仿真82

4.5.1编队飞行Simulink仿真模型的搭建82

4.5.2编队维持控制的仿真实例83

第5章 航天器姿态控制系统Simulink仿真86

5.1航天器姿态控制对象模型86

5.1.1动力学设计对象模型86

5.1.2干扰力矩模型87

5.2航天器姿态确定99

5.2.1卡尔曼滤波理论99

5.2.2连续系统状态方程100

5.3航天器姿态稳定控制103

5.3.1反馈控制律设计103

5.3.2飞轮角动量磁卸载104

5.4大角度姿态机动控制104

5.5航天器姿态控制Simulink仿真107

第6章 磁悬浮CMG及姿态控制Simulink仿真111

6.1磁悬浮系统原理及模型111

6.1.1磁悬浮系统工作原理111

6.1.2电磁力的线性化模型112

6.2磁悬浮轴承控制对象模型113

6.2.1磁悬浮转子动力学模型113

6.2.2弹性支承转子的运动特征115

6.3磁悬浮飞轮控制律设计119

6.3.1交叉反馈控制律设计119

6.3.2控制律的解耦合作用120

6.4处理器在回路的控制仿真121

6.4.1 RTDX通信原理121

6.4.2面向DSP的控制律实现122

6.4.3仿真运行结果124

6.5航天器姿态运动对转子的干扰125

6.5.1姿态运动产生的干扰力矩125

6.5.2姿态控制仿真运行结果128

参考文献129