六自由度运动载体轨迹模拟器的设计与实现

论文摘要

在航海航天等领域,运动载体系统的研制过程中需要通过各种类型的仿真试验,半实物仿真各种载体运动轨迹,可以为系统设计和建设提供参考,有效地验证方案可行性和算法的解算效果等,半实物仿真试验可以大大提高研发效率,节约能源。因此,建立一个半实物仿真系统,用于载体轨迹模拟是很有必要的。本文主要完成了载体轨迹模拟器的设计和开发,该软件实现了对飞机、潜艇、舰船和导弹载体运动轨迹的模拟仿真,产生不同载体在不同运动条件下的各种惯性导航信息数据,并可对载体运动过程中状态——时间曲线进行绘制,同时利用Windows下的MSComm通信控件进行串口编程,通过异步智能串行通讯RS422接口实现与下位机的通讯,实现了载体在不同初始状态下真实物理运动过程的模拟。本文首先分析了飞机、舰船、潜艇和导弹的运动规律,对典型的运动形式进行模型建构。接着对试验用六自由度摇摆台的机械结构和工作原理等进行了分析,并根据试验需求及工作环境来确定轨迹模拟计算机的硬件配置,从而有针对性地对工控机和通讯板卡进行选型。在软件实现方面,提出了仿真系统的设计思想和原则,确定了软件基本功能模块,并应用面向对象程序设计方法,做到软件模块化,界面友好化,使模拟器软件具有良好的通用性和可复用性。最后在Windows平台下,使用Visual C++6.0开发了载体轨迹模拟器软件并进行仿真实验,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 载体运动数学模型
• 2.1 坐标系统
• 2.1.1 坐标系统的定义
• 2.1.2 坐标系统的转换
• 2.2 导弹弹体模型的建立
• 2.2.1 作用在导弹上的力和力矩
• 2.2.2 导弹运动方程组
• 2.2.3 导弹运动方程组的线性化
• 2.3 其他运动载体模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 运动载体轨迹模拟系统硬件分析
• 3.1 运动模拟试验转台的结构及其控制系统
• 3.1.1 试验转台整体结构组成
• 3.1.2 试验转台的工作原理
• 3.1.3 试验转台的数学模型
• 3.1.4 试验转台的控制系统分析
• 3.1.5 试验转台的主要性能指标
• 3.2 轨迹模拟计算机的性能分析
• 3.2.1 基本硬件指标
• 3.2.2 轨迹模拟计算机选型
• 3.3 本章小结
• 第4章 载体轨迹模拟器的软件设计与实现
• 4.1 开发环境
• 4.2 软件系统设计
• 4.2.1 程序设计思想
• 4.2.2 面向对象的设计方法
• 4.2.3 软件基本结构及模块划分
• 4.3 系统接口设计
• 4.4 系统主要功能模块设计
• 4.4.1 状态—时间曲线绘制模块
• 4.4.2 串口通信模块
• 4.4.3 热点敏感帮助模块
• 4.5 软件实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真实例
• 5.1 仿真实例的参数设定
• 5.2 结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢