旋转导弹即是一种短程,快速反应的防空导弹,其具有结构简单,便于操作的特点。与一般导弹相比,其最大的特点是弹体绕纵轴做自旋运动。由于弹体容积较小,一般只需要一对操纵结构就可同时操作导弹的纵向和侧向运动,这种独特的控制方式称为旋转导弹单通道控制。本论文以某旋转导弹弹头为研究对象,脉冲姿控发动机安装于弹头尾部,呈“×”字型排列。姿控发动机所产生的直接力经脉冲宽度调制后作用于旋转弹头,忽略空气动力对旋转弹头的影响,只考虑直接力对弹头的影响。研究的主要内容包括如下:(一)建立旋转弹头直接侧向力控制的动力学模型和运动学模型。考虑到弹头绕弹体纵轴自旋的特点,将弹体坐标系内的参量转换到准弹体坐标系,并重新定义了等效攻角和等效侧滑角。建模过程中采用“小扰动线性化”方法和“系数冻结法”对旋转弹头运动学模型和动力学模型进行线性化处理。此外,还需建立过载指令与弹体运动参数之间的传递函数,为制导控制回路的设计奠定基础。(二)分析旋转导弹控制力产生的原理,推导和建立了直接力作用下旋转导弹单通道控制的弹体动力学模型和运动学模型。结合经典PID控制方法和现代控制理论为旋转弹头单通道直接力姿态控制设计相应的控制器并进行动态分析。为旋转弹头后文整个大回路仿真分析提供了理论依据。(三)对于目前使用最多的比例导引,重点构建了导引头和导引律的模型,通过建立比例导引律下弹目相对运动的关系,构建旋转弹头比例导引律的实现模型,为后文构建整个回路的仿真模型做好准备。(四)针对攻击目标的不同,分别建立相应的旋转弹头制导与控制回路仿真模型。旋转弹头制导模型是一个动态的模型,需要将本文中所建立的各部分模型搭建起来,过程比较复杂。运用Matlab/Simulink中Areospace Blockset工具箱进行仿真分析,仿真以封装模块的方式进行,避免编写冗长仿真程序,很大程度上减少了系统的复杂性,提高了仿真效率。