第七章

目錄1、飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念22、利用MWORKS平臺(tái)開(kāi)展蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證3、MWORKS平臺(tái)在制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真中的應(yīng)用3數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念系統(tǒng)仿真飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真概述飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真概述4數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究的新興方法系統(tǒng)仿真基本概念系統(tǒng)仿真的應(yīng)用5數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念系統(tǒng)仿真基本概念系統(tǒng)仿真是建立系統(tǒng)模型，并利用模型運(yùn)行完成工程試驗(yàn)與科學(xué)研究的全過(guò)程。按照所使用的模型類型不同，系統(tǒng)仿真被分為數(shù)學(xué)仿真、實(shí)物仿真和半實(shí)物仿真數(shù)學(xué)仿真又稱計(jì)算機(jī)仿真，是整個(gè)系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)。飛行器或精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期和某些專題研究都離不開(kāi)數(shù)學(xué)仿真實(shí)物仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的試驗(yàn)方法，主要用于飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的鑒定試飛和模擬打靶等場(chǎng)合半實(shí)物仿真有部分實(shí)物參與的仿真試驗(yàn)。通常參與的實(shí)物是飛行器末端制導(dǎo)系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)、舵系統(tǒng)、高度表及機(jī)（彈）載計(jì)算機(jī)等6數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念系統(tǒng)仿真基本概念飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的，整個(gè)仿真其大致步驟如下：（1）用簡(jiǎn)化的線性模型進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，以優(yōu)化方法選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)（2）加入回路主要元件的非線性環(huán)節(jié)（磁滯、時(shí)延、間隙等）完成數(shù)學(xué)仿真，以初步檢查回路性能（3）加入線加速度反饋回路模型，完成數(shù)學(xué)仿真，并檢查穩(wěn)定控制回路的動(dòng)態(tài)性能（4）進(jìn)行三通道穩(wěn)定控制回路數(shù)學(xué)仿真，分析各回路性能（5）將計(jì)算機(jī)、舵系統(tǒng)等接入回路進(jìn)行穩(wěn)定控制回路半實(shí)物仿真（6）采用制導(dǎo)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，優(yōu)化參數(shù)（7）采用完整的制導(dǎo)系統(tǒng)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，分析各環(huán)節(jié)和回路間的協(xié)調(diào)性（8）使用完整的制導(dǎo)系統(tǒng)模型，選擇飛行或殺傷空域中典型點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真（9）將主要制導(dǎo)控制部件接入回路，完成整個(gè)制導(dǎo)控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真試驗(yàn)7數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念系統(tǒng)仿真的應(yīng)用在制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用目前，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果正確性的一個(gè)主要手段是采用系統(tǒng)仿真的方法，可以這樣說(shuō)，在制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程中，都必須依賴系統(tǒng)仿真來(lái)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析在復(fù)雜條件下飛行器性能研究中的應(yīng)用對(duì)于目標(biāo)的各種不同機(jī)動(dòng)方式、人工干擾條件、背景干擾條件下的飛行器性能試驗(yàn)，只能依靠系統(tǒng)仿真的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)在飛行器系統(tǒng)性能統(tǒng)計(jì)分析、確認(rèn)中的應(yīng)用借助系統(tǒng)仿真技術(shù)，只須進(jìn)行少量的飛行試驗(yàn)用于校驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在飛行器使用操作培訓(xùn)中的應(yīng)用通過(guò)系統(tǒng)仿真，建立逼真的仿真操作環(huán)境，讓操作人員全面熟悉飛行器性能和操作8數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真概述制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其驗(yàn)證制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)學(xué)仿真過(guò)程及主要內(nèi)容仿真結(jié)果分析與處理9數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真數(shù)學(xué)仿真的主要目的是利用詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真系統(tǒng)初步檢驗(yàn)系統(tǒng)在各飛行段、全空域內(nèi)的性能，包括穩(wěn)定性、快速性、抗干擾性、機(jī)動(dòng)能力和容差等，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，修正并完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)10數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其驗(yàn)證飛行器不同的制導(dǎo)方式和導(dǎo)引方法的模型組成各不相同，但其模型框架基本相同11數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其驗(yàn)證飛行器機(jī)（彈）體動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)模型描述飛行器推力、重力、氣動(dòng)力、操縱力與力矩間關(guān)系的六自由度剛體（或彈性體）方程飛行器相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型描述飛行器接近目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，本質(zhì)是飛行器相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)間的幾何關(guān)系目標(biāo)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型一般分為水平直線等速飛行（即等速平飛）和機(jī)動(dòng)飛行兩大類自動(dòng)駕駛儀數(shù)學(xué)模型描述制導(dǎo)控制指令、伺服傳動(dòng)和彈體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，通常包括俯仰、偏航和滾動(dòng)三個(gè)通道12數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其驗(yàn)證飛行器和目標(biāo)的測(cè)量跟蹤及控制指令形成裝置的數(shù)學(xué)模型反映飛行器制導(dǎo)規(guī)律及由此而形成的控制指令干擾噪聲模型產(chǎn)生隨機(jī)干擾的因素一般有：目標(biāo)反射信號(hào)幅度和有效中心的擺動(dòng)；無(wú)線電電子設(shè)備的內(nèi)噪聲；敵方施放電子干擾等誤差模型一般包括：天線罩瞞視誤差，零位誤差和斜率誤差13數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)的構(gòu)成飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成硬件：仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輸人/輸出設(shè)備及其他輔助設(shè)備軟件：飛行器動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，軌跡模型，飛行器相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型，制導(dǎo)控制系統(tǒng)模型，環(huán)境模型14數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念數(shù)學(xué)仿真過(guò)程及主要內(nèi)容制導(dǎo)控制系統(tǒng)性能仿真制導(dǎo)系統(tǒng)精度仿真系統(tǒng)故障分析仿真專題研究仿真主要內(nèi)容：15數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念仿真結(jié)果分析與處理仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果處理統(tǒng)計(jì)分析法系統(tǒng)辨識(shí)法貝葉斯分析法相關(guān)分析法頻譜分析法遭遇時(shí)間的判定脫靶量計(jì)算隨機(jī)變量和隨機(jī)輸入函數(shù)的處理仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)方法和精度評(píng)定16數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真概述半實(shí)物仿真的發(fā)展、特點(diǎn)與作用半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備和模型半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的主要技術(shù)17數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真的發(fā)展、特點(diǎn)與作用半實(shí)物仿真技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)以后，伴隨著自動(dòng)化武器系統(tǒng)的研制及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的根據(jù)美國(guó)對(duì)“愛(ài)國(guó)者”“羅蘭特”“針刺”三種型號(hào)的統(tǒng)計(jì)，采用仿真技術(shù)后，實(shí)驗(yàn)周期可縮短30％～40％，節(jié)約實(shí)彈數(shù)43.6％20世紀(jì)80年代，我國(guó)建設(shè)了一批水平高、規(guī)模大的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室，如射頻制導(dǎo)導(dǎo)彈半實(shí)物仿真系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈半實(shí)物仿真系統(tǒng)、殲擊機(jī)工程飛行模擬器、殲擊機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)、驅(qū)逐艦半實(shí)物仿真系統(tǒng)等18數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真的發(fā)展、特點(diǎn)與作用飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真具有以下特點(diǎn)：可使無(wú)法準(zhǔn)確建立數(shù)學(xué)模型的實(shí)物部件如導(dǎo)引頭、自動(dòng)駕駛儀直接進(jìn)入仿真回路可通過(guò)物理效應(yīng)裝置提供逼真的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境可直接檢驗(yàn)制導(dǎo)控制系統(tǒng)各部分制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真所起的重要作用可歸結(jié)為：檢驗(yàn)制導(dǎo)控制系統(tǒng)更接近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下的功能研究某些部件和環(huán)節(jié)特性對(duì)制導(dǎo)控制系統(tǒng)的影響，提出改進(jìn)措施檢驗(yàn)各子系統(tǒng)特性和設(shè)備的協(xié)調(diào)性及可靠性補(bǔ)充制導(dǎo)控制系統(tǒng)建模數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)已有數(shù)學(xué)模型。19數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成仿真設(shè)備各種目標(biāo)模擬器，仿真計(jì)算機(jī)，飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)、線加速度模擬器、負(fù)載力矩模擬器、衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器參試部件和模型制導(dǎo)控制計(jì)算機(jī)、陀螺儀、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、舵機(jī)、飛行器動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、各種干擾模型以及系統(tǒng)評(píng)估模型各種接口設(shè)備模擬量接口、數(shù)字量接口、實(shí)時(shí)數(shù)字通信系統(tǒng)等中央控制臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般運(yùn)行可視化仿真軟件支持服務(wù)系統(tǒng)顯示、記錄、文檔處理等事后處理應(yīng)用軟件20數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備和模型仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其軟件應(yīng)滿足實(shí)時(shí)運(yùn)算和計(jì)算精度要求；能提供支持半實(shí)物仿真系統(tǒng)的各類庫(kù)；具有高效的管理系統(tǒng)；建立完善的支持服務(wù)系統(tǒng)專用實(shí)時(shí)接口應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性、精確性、抗干擾性和可靠性21數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備和模型飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)模擬飛行器在空中的飛行姿態(tài)，主要由臺(tái)體、控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)三部分組成負(fù)載模擬器實(shí)現(xiàn)給參試舵機(jī)施加力矩，用以模擬飛行器飛行過(guò)程中作用于舵面上的氣動(dòng)鉸鏈力矩線加速度模擬器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)離心機(jī)，用于線加速度計(jì)的靜態(tài)、標(biāo)定、動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)和加速度計(jì)接人制導(dǎo)回路的系統(tǒng)半實(shí)物仿真22數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備和模型氣壓高度模擬器實(shí)現(xiàn)使固定容腔內(nèi)的壓力隨高度及飛行速度變化而變化。主要由氣源裝置、電氣伺服裝置、真空發(fā)生裝置、靜壓封閉容腔、壓力傳感器及計(jì)算機(jī)等部分組成23數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要設(shè)備和模型目標(biāo)模擬器基于“相對(duì)等效原理”，仿真目標(biāo)的物理效應(yīng)，提供目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)的各種信息按目標(biāo)信號(hào)的饋入方式輻射式注入式按輻射信號(hào)的物理性質(zhì)微波毫米波紅外紫外紅外圖像……按結(jié)構(gòu)機(jī)械式陣列式機(jī)電混合式平行光管復(fù)合擴(kuò)束式……按注入頻率中頻視頻低頻……24數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的主要技術(shù)目標(biāo)特性仿真技術(shù)可見(jiàn)光目標(biāo)特性仿真激光目標(biāo)特性仿真紅外成像目標(biāo)特性仿真雷達(dá)目標(biāo)特性仿真運(yùn)動(dòng)特性仿真技術(shù)飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)線運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)線加速度臺(tái)力與力矩特性仿真技術(shù)力伺服控制技術(shù)力仿真技術(shù)視景仿真技術(shù)三維建模技術(shù)圖形生成技術(shù)動(dòng)畫生成技術(shù)視景生成及顯示技術(shù)聲音的輸入輸出技術(shù)其他技術(shù)大氣環(huán)境仿真技術(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航仿真技術(shù)目錄1、飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念252、利用MWORKS平臺(tái)開(kāi)展蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證3、MWORKS平臺(tái)在制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真中的應(yīng)用26蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛仿真的概念制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中蒙特卡洛仿真驗(yàn)證27蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛仿真的概念蒙特卡洛（Monte-Carlo）方法也稱隨機(jī)模擬方法或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法，是一種通過(guò)隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)或隨機(jī)模擬，以求得的統(tǒng)計(jì)特征值（如均值、方差、概率等）作為待解決問(wèn)題的數(shù)值解，用于求解數(shù)學(xué)、物理和工程技術(shù)問(wèn)題近似解的數(shù)值方法蒙特卡洛方法的數(shù)學(xué)原理蒙特卡洛方法的基本思想蒙特卡洛方法的典型步驟蒙特卡洛方法的特點(diǎn)和適用范圍蒙特卡洛仿真與常規(guī)數(shù)學(xué)仿真的比較28蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的基本思想蒙特卡洛方法用隨機(jī)試驗(yàn)的方法計(jì)算積分，將所要計(jì)算的積分看成服從某種分布密度函數(shù)的隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望，即：通過(guò)某種試驗(yàn)，得到個(gè)觀察值（即從分布密度函數(shù)中抽取個(gè)子樣），將相應(yīng)的個(gè)隨機(jī)變量的值以的算術(shù)平均值：作為積分的估計(jì)值（近似值）隨著模擬次數(shù)增多，可通過(guò)對(duì)各個(gè)統(tǒng)計(jì)量或參數(shù)的估計(jì)值求平均的方法得到穩(wěn)定結(jié)論29蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的數(shù)學(xué)原理收斂性：大數(shù)定理蒙特卡洛方法是由隨機(jī)變量的簡(jiǎn)單子樣若的算術(shù)平均值，即：獨(dú)立同分布，且具有有限期望值，即，即：則隨機(jī)變量的簡(jiǎn)單子樣的算術(shù)平均值，當(dāng)子樣數(shù)充分大時(shí)，以概率1收斂于30蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的數(shù)學(xué)原理統(tǒng)計(jì)誤差：中心極限定理若隨機(jī)變量序列是的分布密度函數(shù)。當(dāng)N充分大時(shí)，有近似式：獨(dú)立同分布，且具有有限非零的方差（方差已知），則：其中，稱為置信度；稱為置信水平31蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的數(shù)學(xué)原理統(tǒng)計(jì)誤差：中心極限定理由前面的推導(dǎo)可知，不等式近似地以概率成立，且誤差收斂速度的階為0.50.050.030.67451.563通常，蒙特卡洛方法的誤差定義為：式中，與置信度是相對(duì)應(yīng)的，根據(jù)問(wèn)題的要求確定出置信水平后，查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，就可以確定出置信度及其對(duì)應(yīng)分位數(shù)的值32蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的數(shù)學(xué)原理統(tǒng)計(jì)誤差：中心極限定理在給定置信度后，誤差由和決定。減小誤差有下述方法：（1）增大試驗(yàn)次數(shù)，在固定的情況下，要把精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，試驗(yàn)次數(shù)需增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，單純?cè)龃蟛皇且粋€(gè)有效的辦法?（2）減小估計(jì)的方差，如若降低一半，則誤差減小一半，這相當(dāng)于增大4倍的效果33蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的典型步驟利用蒙特卡洛方法求解工程技術(shù)問(wèn)題時(shí)，可以將其分為確定性問(wèn)題和隨機(jī)性問(wèn)題。大致解題步驟如下：根據(jù)提出的問(wèn)題構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單、適用的概率模型或隨機(jī)模型根據(jù)模型中各個(gè)隨機(jī)變量的分布，在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)根據(jù)概率模型的特點(diǎn)和隨機(jī)變量的分布特性，設(shè)計(jì)和選取合適的抽樣方法，并對(duì)每個(gè)隨機(jī)變量進(jìn)行抽樣按照所建立的模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)、計(jì)算，求出問(wèn)題的隨機(jī)解統(tǒng)計(jì)分析模擬試驗(yàn)結(jié)果，給出問(wèn)題的概率解以及解的精度估計(jì)34蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛方法的特點(diǎn)和適用范圍蒙特卡洛方法的優(yōu)點(diǎn)：較逼真地描述具有隨機(jī)性質(zhì)的事物的特點(diǎn)及物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程受幾何條件限制小收斂速度與問(wèn)題的維數(shù)無(wú)關(guān)誤差容易確定程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛方法的缺點(diǎn)：收斂速度慢誤差具有概率性需要各輸入變量相互獨(dú)立蒙特卡洛方法的適用范圍：解決解析模型和確定性模型無(wú)法真實(shí)描述或處理的問(wèn)題35蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證蒙特卡洛仿真與常規(guī)數(shù)學(xué)仿真的比較數(shù)學(xué)仿真蒙特卡洛仿真數(shù)學(xué)仿真主要用于動(dòng)態(tài)模型的解算，而蒙特卡洛仿真則主要用于靜態(tài)模型的解算抽樣觀測(cè)時(shí)間數(shù)值積分時(shí)間仿真時(shí)鐘模擬系統(tǒng)在時(shí)間過(guò)程中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)中“時(shí)間”不起作用抽樣通常是獨(dú)立的36蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中蒙特卡洛仿真驗(yàn)證完成制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，需要在已建立的非線性數(shù)學(xué)模型上進(jìn)行大量仿真驗(yàn)證，考查制導(dǎo)控制系統(tǒng)在各種偏差、擾動(dòng)和噪聲等因素影響下的控制性能制導(dǎo)控制系統(tǒng)蒙特卡洛仿真的基本流程影響制導(dǎo)控制系統(tǒng)的隨機(jī)因素MWORKS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛仿真的方法37蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證影響制導(dǎo)控制系統(tǒng)的隨機(jī)因素參數(shù)偏差因素環(huán)境干擾因素氣動(dòng)系數(shù)偏差：在理論計(jì)算或風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)影響氣動(dòng)系數(shù)，并降低其置信度彈體參數(shù)偏差：因加工或裝配導(dǎo)致模型參數(shù)和具體參數(shù)存在差異發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)偏差：發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝角、推力作用點(diǎn)位置、點(diǎn)火時(shí)間延遲及推力大小偏差大氣密度偏差：不同季節(jié)、不同海拔下標(biāo)準(zhǔn)大氣密度與實(shí)際大氣密度存在差異大氣風(fēng)場(chǎng)影響：設(shè)計(jì)制導(dǎo)控制系統(tǒng)時(shí)忽略風(fēng)速影響，而真實(shí)世界的大氣處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)海浪影響：海面波動(dòng)會(huì)影響無(wú)線電高度表的測(cè)量數(shù)據(jù)，從而影響導(dǎo)彈的高度控制38蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證影響制導(dǎo)控制系統(tǒng)的隨機(jī)因素目標(biāo)機(jī)動(dòng)/目標(biāo)干擾因素信號(hào)測(cè)量誤差因素目標(biāo)機(jī)動(dòng)：設(shè)置目標(biāo)機(jī)動(dòng)方式、機(jī)動(dòng)過(guò)載大小及機(jī)動(dòng)時(shí)刻，考查控制系統(tǒng)平均脫靶量目標(biāo)干擾：設(shè)置多種干擾方式和干擾釋放時(shí)間，考查控制系統(tǒng)抗干擾性能傳感器件包含不同形式的測(cè)量噪聲，會(huì)對(duì)制導(dǎo)控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響初始條件偏差因素不同發(fā)射條件下的彈道特點(diǎn)和落點(diǎn)散布，包括發(fā)射時(shí)方向角、經(jīng)緯高、速度、姿態(tài)等39蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證制導(dǎo)控制系統(tǒng)蒙特卡洛仿真的基本流程數(shù)學(xué)模型建立階段根據(jù)飛行器的任務(wù)特點(diǎn)和仿真目的，建立描述飛行器實(shí)際飛行的非線性數(shù)學(xué)模型根據(jù)制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，完成數(shù)學(xué)模型的調(diào)試根據(jù)仿真目的和對(duì)象特點(diǎn)，確定影響制導(dǎo)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)因素收集、整理并確認(rèn)各項(xiàng)隨機(jī)因素的概率模型類型和參數(shù)大小修改數(shù)學(xué)模型，將各項(xiàng)隨機(jī)因素的影響引入到仿真模型中完成隨機(jī)仿真試驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作，保證在給定精度下的仿真試驗(yàn)次數(shù)的確定40蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證制導(dǎo)控制系統(tǒng)蒙特卡洛仿真的基本流程蒙特卡洛仿真階段加載仿真模型的相關(guān)參數(shù)根據(jù)仿真試驗(yàn)次數(shù)和仿真目的，完成相關(guān)統(tǒng)計(jì)變量的創(chuàng)建完成隨機(jī)變量的抽樣選取進(jìn)入For循環(huán)調(diào)用搭建的Sysplorer仿真模型，計(jì)算在當(dāng)前隨機(jī)因素作用下的彈道飛行情況和制導(dǎo)精度完成統(tǒng)計(jì)變量的賦值判斷是否到達(dá)循環(huán)結(jié)束NoYes到達(dá)循環(huán)結(jié)束41蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證制導(dǎo)控制系統(tǒng)蒙特卡洛仿真的基本流程試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析階段靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)性能均方差計(jì)算置信區(qū)間估算相容性檢驗(yàn)評(píng)判制導(dǎo)控制設(shè)計(jì)方案是否滿足需求42蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證MWORKS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛仿真的方法下面通過(guò)一段jl腳本文件，舉例說(shuō)明如何在MWORKS.Syslab環(huán)境下實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)控制系統(tǒng)的蒙特卡洛仿真目標(biāo)機(jī)動(dòng)：機(jī)動(dòng)時(shí)刻、機(jī)動(dòng)方式主要考慮因素：參數(shù)拉偏、目標(biāo)機(jī)動(dòng)、測(cè)量噪聲測(cè)量噪聲：導(dǎo)引頭測(cè)量噪聲主要分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果：脫靶量、全程最大過(guò)載需求43蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證MWORKS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛仿真的方法CSV.read("**/Modelparam.csv",DataFrame);#從**路徑加載仿真模型所需的相關(guān)參數(shù)MissDitanceArray=zeros(5000,1);#預(yù)先申請(qǐng)用于分析脫靶量的數(shù)組MaxNyArray=zeros(5000,1);#預(yù)先申請(qǐng)用于分析最大過(guò)載Ny的數(shù)組MaxNzArray=zeros(5000,1);#預(yù)先申請(qǐng)用于分析最大過(guò)載Nz的數(shù)組fori=1:5000#進(jìn)入循環(huán)體Cx_Deviation=CxDevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置氣動(dòng)阻力系數(shù)為極值拉偏Cy_Deviation=Cy_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置氣動(dòng)升力系數(shù)為極值拉偏Cz_Deviation=Cz_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置氣動(dòng)側(cè)力系數(shù)為極值拉偏44蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證MWORKS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛仿真的方法m_Deviation=m_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置質(zhì)量為極值拉偏I(xiàn)x_Deviation=Ix_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為極值拉偏I(xiàn)y_Deviation=Iy_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為極值拉偏I(xiàn)z_Deviation=Iz_DevVal*sign(rand()-0.5);#設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為極值拉偏TargetPTMoveType=floor(rand()*4+1);#設(shè)置目標(biāo)機(jī)動(dòng)方式，為1~5之間的均勻隨機(jī)整數(shù)TargetPTMoveTime=rand()*10;#設(shè)置目標(biāo)機(jī)動(dòng)時(shí)刻，為0~10之間的勻隨機(jī)值QyNoise=randn()*QyNoiseMaxVal;#設(shè)置導(dǎo)引頭噪聲為正態(tài)分布QzNoise=randn()*QzNoiseMaxVal;#設(shè)置導(dǎo)引頭噪聲為正態(tài)分布

screen_output=print("正在進(jìn)行第",i,"條彈道");#給出系統(tǒng)提示，提示用戶當(dāng)前的循環(huán)進(jìn)度45蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證MWORKS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛仿真的方法SimulateModel("SixFreedomModel");#調(diào)用仿真模型進(jìn)行解算MissDitanceArray(i,1)=min(Distance);#獲取本次脫靶量大小MaxNyArray(i,1)=max(fabs(Ny));#獲取本次最大過(guò)載Ny，Ny為存儲(chǔ)的法向過(guò)載MaxNzArray(i,1)=max(fabs(Nz));#獲取本次最大過(guò)載Nz，Nz為存儲(chǔ)的側(cè)向過(guò)載CSV.write(SimuResult.csv,MissDitanceArray,MaxNyArray,MaxNzArray);#存儲(chǔ)結(jié)果目錄1、飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真相關(guān)概念462、利用MWORKS平臺(tái)開(kāi)展蒙特卡洛數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證3、MWORKS平臺(tái)在制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真中的應(yīng)用47MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用半物理仿真的模式飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)應(yīng)用案例48MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用半物理仿真的模式半物理仿真常見(jiàn)模式包括模型在環(huán)（MIL）、軟件在環(huán)（SIL）、快速控制原型（RCP）、硬件在環(huán)（HIL）、原型測(cè)試（OTRP），分別能適應(yīng)不同的實(shí)物硬件條件軟件在環(huán)仿真模型在環(huán)測(cè)試快速控制原型測(cè)試硬件在環(huán)測(cè)試目標(biāo)快速原型測(cè)試49MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用模型在環(huán)測(cè)試模型在環(huán)測(cè)試（MIL）將系統(tǒng)的控制器與被控對(duì)象分別在建模軟件中進(jìn)行建模、集成，進(jìn)而開(kāi)展基于模型的仿真測(cè)試，屬于非實(shí)時(shí)測(cè)試50MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用軟件在環(huán)仿真軟件在環(huán)測(cè)試（SIL）將控制器模型生成代碼，再由控制器代碼與被控對(duì)象模型進(jìn)行集成仿真。SIL主要用于驗(yàn)證和比較模型與代碼的一致性，屬于非實(shí)時(shí)測(cè)試51MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用快速控制原型測(cè)試快速控制原型測(cè)試（RCP）測(cè)試將控制器模型自動(dòng)生成實(shí)時(shí)代碼，并下載至實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，其與被控對(duì)象的真實(shí)硬件之間形成閉環(huán)，屬于實(shí)時(shí)測(cè)試52MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用硬件在環(huán)測(cè)試硬件在環(huán)測(cè)試（HIL）將控制器模型生成可運(yùn)行在目標(biāo)硬件上的嵌入式C代碼，同時(shí)將被控對(duì)象模型也生成可運(yùn)行在實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)上的代碼，控制器目標(biāo)硬件與被控對(duì)象實(shí)時(shí)仿真機(jī)之間進(jìn)行集成，形成閉環(huán)，屬于實(shí)時(shí)測(cè)試53MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用目標(biāo)快速原型測(cè)試目標(biāo)快速原型測(cè)試（OTRP）將控制器模型生成可運(yùn)行在目標(biāo)硬件上的嵌入式C代碼，而被控對(duì)象則采用真實(shí)硬件，二者之間形成閉環(huán)，屬于實(shí)時(shí)運(yùn)行測(cè)試54MWORKS的半實(shí)物仿真應(yīng)用飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)應(yīng)用案例本節(jié)以某型導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)半物理仿真為例，介紹半物理仿真的技術(shù)路線和應(yīng)用過(guò)程半物理仿真模型構(gòu)建系統(tǒng)概述實(shí)時(shí)代碼生成與下載空空導(dǎo)彈半實(shí)物平臺(tái)集成半物理仿真試驗(yàn)