目錄
前言
主要符號(hào)表
第1章 緒論 1
1.1 高超聲速飛行器概述 1
1.1.1 發(fā)展歷程 1
1.1.2 研究現(xiàn)狀 3
1.2 高超聲速飛行器控制概述 9
1.2.1 面臨的難點(diǎn)問題 9
1.2.2 控制方法概述 10
1.3 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制方法概述 18
1.3.1 魯棒參數(shù)化控制設(shè)計(jì)方法 18
1.3.2 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化方法在飛行器控制中的應(yīng)用 19
1.4 本書特色與結(jié)構(gòu)安排 21
參考文獻(xiàn) 22
第2章 理論基礎(chǔ) 34
2.1 控制系統(tǒng)描述 34
2.1.1 傳遞函數(shù)描述 34
2.1.2 狀態(tài)空間描述 36
2.1.3 解的存在性和唯一性 40
2.2 控制系統(tǒng)的可控性 41
2.3 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 42
2.3.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與平衡點(diǎn) 42
2.3.2 Lyapunov 穩(wěn)定性定義 43
2.3.3 Lyapunov 穩(wěn)定性判別方法 45
2.3.4 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 47
2.4 有理分式矩陣的右互質(zhì)分解 50
2.4.1 多項(xiàng)式矩陣及其 Smith 標(biāo)準(zhǔn)型 51
2.4.2 有理分式矩陣及其右互質(zhì)分解 53
2.5 廣義 Sylvester 矩陣方程 55
2.5.1 問題描述 56
2.5.2 完全解析解 57
2.6 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置問題 58
2.6.1 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置問題的描述 58
2.6.2 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置問題的解的存在性與不唯一性 58
2.7 注記 59
參考文獻(xiàn) 59
第3章 面向控制的高超聲速飛行器剛體建模 60
3.1 坐標(biāo)系統(tǒng) 60
3.1.1 常用坐標(biāo)系 60
3.1.2 坐標(biāo)系之間的關(guān)系與坐標(biāo)變換 61
3.2 飛行器六自由度運(yùn)動(dòng)模型 68
3.2.1 飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程 68
3.2.2 飛行器繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程 69
3.2.3 飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 69
3.2.4 飛行器繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 70
3.2.5 氣動(dòng)數(shù)據(jù)模型與推力數(shù)據(jù)模型 70
3.2.6 角度計(jì)算方程 71
3.2.7 質(zhì)量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化方程 71
3.2.8 控制關(guān)系方程 72
3.3 面向控制的飛行器姿態(tài)系統(tǒng)模型 72
3.3.1 飛行器姿態(tài)系統(tǒng)的非線性模型 72
3.3.2 高超聲速飛行器 Winged-Cone 氣動(dòng)數(shù)據(jù)模型分析 75
3.3.3 高超聲速飛行器面向控制的姿態(tài)系統(tǒng)模型 80
3.4 注記 84
參考文獻(xiàn) 84
第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的魯棒參數(shù)化方法 85
4.1 狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì)的參數(shù)化方法 85
4.1.1 狀態(tài)反饋特征結(jié)構(gòu)配置 85
4.1.2 基于狀態(tài)反饋特征結(jié)構(gòu)配置的參數(shù)化控制設(shè)計(jì) 89
4.2 模型參考輸出跟蹤控制方法 91
4.2.1 問題的描述 91
4.2.2 解的存在性 92
4.2.3 問題的求解 92
4.3 魯棒參數(shù)化控制設(shè)計(jì)步驟 94
4.3.1 狀態(tài)反饋控制的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟 95
4.3.2 模型參考輸出跟蹤控制的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟 97
4.4 魯棒參數(shù)化控制方法的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 100
4.5 仿真算例 101
4.5.1 系統(tǒng)描述 101
4.5.2 控制器設(shè)計(jì) 102
4.5.3 結(jié)果分析 103
4.6 注記 108
參考文獻(xiàn) 108
第5章 高超聲速飛行器沿彈道增益協(xié)調(diào)魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 110
5.1 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制方法 110
5.1.1 局部控制器的參數(shù)化 110
5.1.2 全局控制器設(shè)計(jì) 111
5.2 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制設(shè)計(jì)的步驟 118
5.2.1 全局魯棒參數(shù)化控制設(shè)計(jì)步驟 118
5.2.2 增益平滑切換魯棒參數(shù)化控制設(shè)計(jì)步驟 120
5.3 高超聲速飛行器的增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 121
5.3.1 高超聲速飛行器爬升與巡航段的制導(dǎo)與魯棒控制 121
5.3.2 高超聲速飛行器俯沖段的制導(dǎo)與魯棒控制 131
5.4 注記 135
參考文獻(xiàn) 135
第6章 高超聲速飛行器控制系統(tǒng)的非線性數(shù)值仿真 136
6.1 高超聲速飛行器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)仿真軟件 136
6.1.1 基本數(shù)學(xué)模型 136
6.1.2 軟件結(jié)構(gòu)與功能 141
6.2 測(cè)試彈道 144
6.2.1 標(biāo)稱彈道 144
6.2.2 偏差設(shè)定 145
6.3 爬升段仿真 146
6.3.1 標(biāo)稱情形 146
6.3.2 極限拉偏情形Ⅰ 150
6.3.3 極限拉偏情形Ⅱ 155
6.3.4 爬升段仿真結(jié)果分析 159
6.4 巡航段仿真 159
6.4.1 巡航與無動(dòng)力飛行 159
6.4.2 等速變高機(jī)動(dòng)飛行 164
6.4.3 等高變速機(jī)動(dòng)飛行 168
6.4.4 側(cè)向轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)飛行 172
6.4.5 巡航段仿真結(jié)果分析 177
6.5 俯沖段仿真 177
6.5.1 標(biāo)稱情形 177
6.5.2 極限拉偏情形Ⅰ 181
6.5.3 極限拉偏情形Ⅱ 186
6.5.4 俯沖段仿真結(jié)果分析 190
6.6 注記 190
參考文獻(xiàn) 190
第7章 總結(jié) 191
7.1 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制方法的優(yōu)越性 191
7.2 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制方法的局限性 192
附錄 194
附錄Ⅰ 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)參數(shù) 194
附錄Ⅱ 高超聲速飛行器氣動(dòng)數(shù)據(jù)模型 194
附錄Ⅲ 高超聲速飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)推力模型 200
附錄Ⅳ 大氣密度、溫度與聲速模型 201