高超聲速飛行器的增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制
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- 作者：侯明哲，譚峰著
- 出版時間：2018/12/1
- ISBN：9787030593665
- 出 版 社：科學出版社
- 中圖法分類：V47
- 頁碼：
- 紙張：
- 版次：
- 開本：16開
本書主要包括高超聲速飛行器的非線性運動模型、動態(tài)特性分析與面向控制的姿態(tài)系統(tǒng)模型，魯棒參數(shù)化控制設計方法的基本原理與設計步驟，高超聲速飛行器沿彈道增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制設計的基本原理、設計步驟及詳細過程與結果，以及高超聲速飛行器制導與控制六自由度非線性數(shù)值仿真的軟件開發(fā)、仿真測試與結果分析。本書內(nèi)容系統(tǒng)規(guī)范，而且注重理論方法的實用化。
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目錄
前言
主要符號表
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)化控制設計方法 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用 19
1.4 本書特色與結構安排 21
參考文獻 22
第2章 理論基礎 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)的運動與平衡點 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 多項式矩陣及其 Smith 標準型 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)反饋極點配置問題 58
2.6.1 狀態(tài)反饋極點配置問題的描述 58
2.6.2 狀態(tài)反饋極點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 59
第3章 面向控制的高超聲速飛行器剛體建模 60
3.1 坐標系統(tǒng) 60
3.1.1 常用坐標系 60
3.1.2 坐標系之間的關系與坐標變換 61
3.2 飛行器六自由度運動模型 68
3.2.1 飛行器質(zhì)心運動的動力學方程 68
3.2.2 飛行器繞質(zhì)心轉動的動力學方程 69
3.2.3 飛行器質(zhì)心運動的運動學方程 69
3.2.4 飛行器繞質(zhì)心轉動的運動學方程 70
3.2.5 氣動數(shù)據(jù)模型與推力數(shù)據(jù)模型 70
3.2.6 角度計算方程 71
3.2.7 質(zhì)量與轉動慣量變化方程 71
3.2.8 控制關系方程 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 84
第4章 控制系統(tǒng)設計的魯棒參數(shù)化方法 85
4.1 狀態(tài)反饋控制設計的參數(shù)化方法 85
4.1.1 狀態(tài)反饋特征結構配置 85
4.1.2 基于狀態(tài)反饋特征結構配置的參數(shù)化控制設計 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)化控制設計步驟 94
4.3.1 狀態(tài)反饋控制的參數(shù)化設計步驟 95
4.3.2 模型參考輸出跟蹤控制的參數(shù)化設計步驟 97
4.4 魯棒參數(shù)化控制方法的計算機輔助設計 100
4.5 仿真算例 101
4.5.1 系統(tǒng)描述 101
4.5.2 控制器設計 102
4.5.3 結果分析 103
4.6 注記 108
參考文獻 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)設計 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 全局控制器設計 111
5.2 增益協(xié)調(diào)魯棒參數(shù)化控制設計的步驟 118
5.2.1 全局魯棒參數(shù)化控制設計步驟 118
5.2.2 增益平滑切換魯棒參數(shù)化控制設計步驟 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)設計 121
5.3.1 高超聲速飛行器爬升與巡航段的制導與魯棒控制 121
5.3.2 高超聲速飛行器俯沖段的制導與魯棒控制 131
5.4 注記 135
參考文獻 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與控制系統(tǒng)仿真軟件 136
6.1.1 基本數(shù)學模型 136
6.1.2 軟件結構與功能 141
6.2 測試彈道 144
6.2.1 標稱彈道 144
6.2.2 偏差設定 145
6.3 爬升段仿真 146
6.3.1 標稱情形 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 爬升段仿真結果分析 159
6.4 巡航段仿真 159
6.4.1 巡航與無動力飛行 159
6.4.2 等速變高機動飛行 164
6.4.3 等高變速機動飛行 168
6.4.4 側向轉彎機動飛行 172
6.4.5 巡航段仿真結果分析 177
6.5 俯沖段仿真 177
6.5.1 標稱情形 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 俯沖段仿真結果分析 190
6.6 注記 190
參考文獻 190
第7章 總結 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 高超聲速飛行器結構參數(shù) 194
附錄Ⅱ 高超聲速飛行器氣動數(shù)據(jù)模型 194
附錄Ⅲ 高超聲速飛行器發(fā)動機推力模型 200
附錄Ⅳ 大氣密度、溫度與聲速模型 201
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