飛行器動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制
本書針對戰(zhàn)斗機(jī)過失速機(jī)動(dòng)和高超聲速飛行器巡航飛行兩類飛行控制需求，力圖利用動(dòng)態(tài)面控制算法簡單、過渡過程品質(zhì)好、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，將動(dòng)態(tài)面控制與工程實(shí)踐相結(jié)合，提出一系列動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制方法，有效解決兩類飛行控制非線性、不確定、多變量耦合控制的難題。全書按照“建�！刂啤抡妗钡闹R邏輯和“控制理論→飛行控制→仿真驗(yàn)證”的結(jié)構(gòu)體系，劃分為基礎(chǔ)理論、模型建立、控制理論、飛行控制、仿真驗(yàn)證五個(gè)模塊內(nèi)容，研究飛行動(dòng)力學(xué)模型建立以及嚴(yán)反饋塊控、直接自適應(yīng)、控制增益方向未知、預(yù)設(shè)性能、遞歸滑模、非線性增益遞歸滑模、有限時(shí)間等七類動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制算法，期望為兩類飛行器飛行控制的工程實(shí)現(xiàn)提供新的思路和參考方法。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 高超聲速飛行器與戰(zhàn)斗機(jī)過失速機(jī)動(dòng) 1
1.1.1 高超聲速飛行器概念與發(fā)展 1
1.1.2 戰(zhàn)斗機(jī)過失速機(jī)動(dòng)內(nèi)涵與發(fā)展 3
1.2 飛行控制方法研究現(xiàn)狀 6
1.3 動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制方法研究現(xiàn)狀 13
1.3.1 理論研究現(xiàn)狀 13
1.3.2 工程應(yīng)用現(xiàn)狀 20
1.4 本書內(nèi)容安排 22
參考文獻(xiàn) 24
第2章 動(dòng)態(tài)面控制方法基礎(chǔ)理論 41
2.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 41
2.1.1 向量、矩陣和函數(shù)的范數(shù) 41
2.1.2 穩(wěn)定性理論基礎(chǔ) 42
2.1.3 相關(guān)不等式和定理 46
2.2 非線性控制系統(tǒng) 49
2.3 動(dòng)態(tài)面控制方法基本原理 51
2.3.1 Backstepping控制方法 52
2.3.2 多滑模面控制方法 56
2.3.3 動(dòng)態(tài)面控制方法的設(shè)計(jì)原理 59
2.4 本章小結(jié) 68
參考文獻(xiàn) 68
第3章 飛行器飛行動(dòng)力學(xué)模型建立 70
3.1 引言 70
3.2 飛行器空間運(yùn)動(dòng)表示 71
3.2.1 常用坐標(biāo)系定義 71
3.2.2 飛行器的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 72
3.2.3 飛行器運(yùn)動(dòng)的自由度 73
3.3 推力矢量飛機(jī)的過失速機(jī)動(dòng)飛行動(dòng)力學(xué)模型 74
3.3.1 過失速機(jī)動(dòng)飛行運(yùn)動(dòng)方程 74
3.3.2 大迎角狀態(tài)下飛機(jī)氣動(dòng)力和力矩模型 76
3.3.3 推力矢量模型 77
3.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)和作動(dòng)器模型 78
3.3.5 過失速機(jī)動(dòng)飛行飛機(jī)狀態(tài)變量特點(diǎn)分析 78
3.4 吸氣式高超聲速飛行器縱向動(dòng)力學(xué)模型 79
3.4.1 吸氣式高超聲速飛行器氣動(dòng)外形 80
3.4.2 飛行器巡航飛行縱向動(dòng)力學(xué)模型描述 81
3.4.3 飛行器縱向模型的嚴(yán)反饋形式 83
3.4.4 吸氣式高超聲速飛行器巡航飛行控制特點(diǎn)分析 84
3.5 本章小結(jié) 85
參考文獻(xiàn) 85
第4章 嚴(yán)反饋塊控動(dòng)態(tài)面飛行控制 87
4.1 引言 87
4.2 嚴(yán)反饋塊控非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)面控制 88
4.2.1 問題描述 88
4.2.2 動(dòng)態(tài)面魯棒控制律設(shè)計(jì) 88
4.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性和跟蹤性能分析 90
4.2.4 數(shù)值仿真與分析 96
4.3 過失速機(jī)動(dòng)飛行控制律設(shè)計(jì) 98
4.3.1 飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程的嚴(yán)反饋塊控形式 98
4.3.2 飛行控制律設(shè)計(jì) 101
4.3.3 飛行指令響應(yīng)模型 103
4.3.4 舵面指令分配算法 104
4.3.5 縱向大迎角機(jī)動(dòng)仿真與分析 107
4.4 本章小結(jié) 110
參考文獻(xiàn) 110
第5章 直接自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面飛行控制 112
5.1 引言 112
5.2 純反饋非線性系統(tǒng)的直接自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制 113
5.2.1 問題描述和基本假設(shè) 113
5.2.2 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)面控制器的簡化設(shè)計(jì) 114
5.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性和跟蹤性能分析 120
5.2.4 數(shù)值仿真與分析 126
5.3 戰(zhàn)斗機(jī)過失速機(jī)動(dòng)的直接自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面飛行控制 129
5.3.1 問題描述和基本假設(shè) 129
5.3.2 飛行控制律設(shè)計(jì) 130
5.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 134
5.3.4 Herbst機(jī)動(dòng)飛行綜合仿真 138
5.4 高超聲速飛行器直接自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面巡航飛行控制 148
5.4.1 高度控制器設(shè)計(jì) 148
5.4.2 速度控制器設(shè)計(jì) 150
5.4.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 151
5.4.4 巡航飛行控制仿真驗(yàn)證 156
5.5 本章小結(jié) 159
參考文獻(xiàn) 160
第6章 控制增益方向未知時(shí)的動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 164
6.1 引言 164
6.2 純反饋非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制 165
6.2.1 問題描述和基本假設(shè) 165
6.2.2 動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì) 166
6.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 169
6.2.4 數(shù)值仿真與分析 174
6.3 高超聲速飛行器動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制 176
6.3.1 動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制律設(shè)計(jì) 176
6.3.2 縱向控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 181
6.3.3 巡航飛行控制仿真驗(yàn)證 186
6.4 本章小結(jié) 188
參考文獻(xiàn) 188
第7章 預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 190
7.1 引言 190
7.2 單輸入單輸出系統(tǒng)的預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制 191
7.2.1 預(yù)設(shè)性能控制 191
7.2.2 問題描述 194
7.2.3 預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì) 195
7.2.4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 198
7.2.5 數(shù)值仿真驗(yàn)證 200
7.3 多輸入多輸出系統(tǒng)的預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制 203
7.3.1 問題描述 203
7.3.2 性能函數(shù)和誤差轉(zhuǎn)換 204
7.3.3 預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì) 206
7.3.4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性和跟蹤性能分析 211
7.3.5 數(shù)值仿真驗(yàn)證 218
7.4 高超聲速飛行器預(yù)設(shè)性能動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 221
7.4.1 新型性能函數(shù)設(shè)計(jì) 221
7.4.2 動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制律設(shè)計(jì) 223
7.4.3 巡航飛行控制仿真驗(yàn)證 234
7.5 本章小結(jié) 236
參考文獻(xiàn) 237
第8章 遞歸滑模動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 240
8.1 引言 240
8.2 非線性系統(tǒng)的遞歸滑模動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制 241
8.2.1 問題描述 241
8.2.2 傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)面控制反推策略的局限性分析 241
8.2.3 遞歸滑模動(dòng)態(tài)面控制方法 242
8.2.4 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遞歸滑模動(dòng)態(tài)面控制方法 251
8.3 高超聲速飛行器遞歸滑模動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制 264
8.3.1 遞歸滑模動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制律設(shè)計(jì) 264
8.3.2 縱向控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 268
8.3.3 巡航飛行控制仿真驗(yàn)證 270
8.4 本章小結(jié) 273
參考文獻(xiàn) 273
第9章 非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 275
9.1 引言 275
9.2 非線性增益自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遞歸滑模動(dòng)態(tài)面飛行控制 276
9.2.1 兩種新型非線性增益函數(shù) 276
9.2.2 非線性增益自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遞歸滑模動(dòng)態(tài)面控制律設(shè)計(jì) 279
9.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 282
9.2.4 數(shù)值仿真驗(yàn)證 286
9.3 積分型非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面飛行控制 288
9.3.1 積分型非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面控制律設(shè)計(jì) 288
9.3.2 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 290
9.3.3 數(shù)值仿真驗(yàn)證 294
9.4 控制參數(shù)的設(shè)置與優(yōu)化規(guī)則 295
9.5 無人機(jī)航跡傾斜角的非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面飛行控制 296
9.5.1 無人機(jī)航跡傾斜角運(yùn)動(dòng)模型的建立 296
9.5.2 非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面飛行控制律設(shè)計(jì) 298
9.5.3 無人機(jī)航跡傾斜角飛行控制仿真驗(yàn)證 300
9.6 高超聲速飛行器非線性增益遞歸滑模動(dòng)態(tài)面巡航飛行控制 303
9.6.1 非線性增益函數(shù)設(shè)計(jì) 303
9.6.2 動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)巡航飛行控制律設(shè)計(jì) 304
9.6.3 縱向控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 308
9.6.4 巡航飛行控制仿真驗(yàn)證 311
9.7 本章小結(jié) 317
參考文獻(xiàn) 317
第10章 有限時(shí)間動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)飛行控制 320
10.1 引言 320
10.2 基于新型擾動(dòng)觀測器的非線性系統(tǒng)有限時(shí)間動(dòng)態(tài)面跟蹤控制 321
10.2.1 問題描述和基本假設(shè) 321
10.2.2 控制器設(shè)計(jì) 327
10.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 336
10.2.4 數(shù)值仿真與分析 338
10.3 滿足預(yù)設(shè)時(shí)間的高超聲速飛行器容錯(cuò)跟蹤控制 341
10.3.1 高超聲速飛行器的縱向運(yùn)動(dòng)模型 342
10.3.2 高超聲速飛行器的控制器設(shè)計(jì) 344
10.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 359
10.3.4 數(shù)值仿真與分析 367
10.4 本章小結(jié) 371
參考文獻(xiàn) 372
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