多操纵面飞机控制分配理论与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的与意义 4

1.2 多操纵面控制分配技术综述 6

1.2.1 多操纵面控制分配技术的发展历程 6

1.2.2 常见飞行器操纵面的配置情况 9

1.2.3 线性过驱动系统分配方法的研究现状 12

1.2.4 控制分配研究的新进展与应用 20

第2章 多操纵面飞机的数学模型 25

2.1 多操纵面飞机的运动方程 25

2.2 推力矢量机构 27

2.2.1 推力矢量偏转角的定义 28

2.2.2 推力矢量产生力和力矩的计算 28

2.3 多操纵面飞机控制分配问题的描述 30

2.4 Admire飞机模型 32

2.4.1 Admire模型介绍 32

2.4.2 Admire配平与线性化 35

2.5 多操纵面布局飞机控制-分配系统结构分析 37

2.6 多操纵面布局飞机过驱动系统数学模型的提取 38

2.6.1 根据气动力矩计算式提取控制效能矩阵 39

2.6.2 根据线性化小扰动方程提取控制效能矩阵 40

第3章 转矩可达集的求解 42

3.1 二维转矩可达集求解 42

3.2 三维转矩可达集求解 44

3.3 奇异分配系统转矩可达集求解 48

3.3.1 Ⅱ型奇异分配系统的AMS构成分析 49

3.3.2 Ⅱ型奇异分配系统的AMS求解 50

3.3.3 Ⅰ型奇异分配系统的AMS求解 52

第4章 广义逆类分配方法研究 55

4.1 伪逆法与加权伪逆法 55

4.1.1 伪逆法 55

4.1.2 加权伪逆法 56

4.2 广义逆类分配方法的局限性 58

4.2.1 伪逆法和加权伪逆法转矩可达集求解 59

4.2.2 三种分配方法转矩可达集的求解算例 60

4.3 再分配伪逆法与串接链分配法 63

4.3.1 再分配伪逆法 63

4.3.2 串接链分配法 64

4.4 非凸广义逆类分配方法转矩可达集求解 65

4.4.1 求解思路 65

4.4.2 再分配伪逆法与串接链法转矩可达集的求解算例 66

4.5 基于广义逆类分配法的飞行控制系统设计 69

4.5.1 控制分配的工程化设计 69

4.5.2 仿真分析 70

第5章 基于遗传算法的广义逆阵优化设计 76

5.1 遗传算法等启发式算法简介 76

5.1.1 启发式优化算法研究概况 76

5.1.2 遗传算法的基本概念及操作 79

5.2 基于小生境遗传算法的分配阵优化设计 80

5.2.1 问题描述 81

5.2.2 基于小生境遗传算法的广义逆阵优化 82

5.2.3 仿真算例 84

5.3 基于小生境遗传算法的加权伪逆阵优化设计 86

5.3.1 基于小生境遗传算法的加权伪逆优化 86

5.3.2 仿真算例 86

5.3.3 优化结果的应用推广 88

5.4 基于遗传算法的广义逆阵裁剪设计 90

5.4.1 广义逆的定向裁剪 91

5.4.2 广义逆的定区域裁剪 92

5.4.3 仿真算例 94

第6章 几何类分配方法 97

6.1 直接几何法 97

6.1.1 受限分配问题凸包络的求解 98

6.1.2 控制变量的求解 100

6.1.3 算例分析 101

6.2 面搜索算法 104

6.2.1 转矩可达集的求解 104

6.2.2 对于指向面的搜索 104

6.2.3 算例分析 105

6.3 基于力矩旋转的搜索分配算法 106

6.3.1 基于力矩旋转的搜索分配算法原理 106

6.3.2 算例分析 109

第7章 基于数学规划的分配方法研究 112

7.1 基于线性规划的控制分配问题研究 112

7.1.1 线性规划法及其算法描述 112

7.1.2 仿真分析 115

7.2 基于序列线性规划的非线性分配求解 117

7.2.1 序列线性规划的理论基础与算法描述 117

7.2.2 仿真分析 121

7.2.3 两类规划算法的比较 122

7.3 基于MDDIFXP的二次规划分配算法 124

7.3.1 基本不动点迭代的二次规划方法 124

7.3.2 基于MDDIFXP的二次规划分配算法原理 125

7.3.3 仿真分析 127

第8章 基于智能优化算法的分配方法研究 130

8.1 基于粒子群寻优算法的控制分配问题研究 130

8.1.1 粒子群算法的理论基础与算法描述 130

8.1.2 仿真分析 131

8.2 基于多种群遗传算法的控制分配问题研究 134

8.2.1 多种群遗传算法的理论基础与算法描述 134

8.2.2 建模与仿真分析 136

8.3 基于鱼群算法的控制分配问题研究 139

8.3.1 鱼群算法的理论基础与算法描述 139

8.3.2 建模与仿真分析 142

第9章 操纵面偏转角与三轴力矩系数关系的气动分析 146

9.1 F-18战斗机力矩系数-操纵面偏转角拟合关系 146

9.2 力矩系数-操纵面偏转角的单调非线性特性 148

9.2.1 单调非线性特性分析与求解 148

9.2.2 仿真分析 150

9.3 力矩系数-操纵面偏转角的非单调非线性特性 152

9.3.1 非单调非线性特性分析与求解 152

9.3.2 仿真分析 153

9.4 力矩系数-操纵面偏转角的耦合非线性特性 155

9.4.1 耦合非线性特性分析与求解 155

9.4.2 算例分析 157

第10章 多操纵面的分配与管理方案设计 159

10.1 基于飞行任务的多操纵面分配管理方案 159

10.2 基于线性规划的多操纵面分配算法 164

10.2.1 基于线性规划的直接分配算法 164

10.2.2 仿真分析 165

10.3 基于线性规划的多操纵面分配管理方案 167

10.3.1 多步线性规划实现控制分配管理 167

10.3.2 控制分配管理的设计与实现 169

10.3.3 分配管理的验证分析 176

10.4 基于转矩可达集的多操纵面分配管理方案 179

10.4.1 基于转矩可达集的多操纵面分配方案 179

10.4.2 仿真分析 182

第11章 基于多操纵面的重构控制系统设计 185

11.1 重构控制 185

11.1.1 重构控制概述 185

11.1.2 模块化控制分配设计概述 187

11.2 基于多操纵面的重构控制 188

11.2.1 多操纵面重构控制的基本原理 188

11.2.2 控制分配进行重构的条件 189

11.3 多操纵面重构控制设计 190

11.3.1 操纵面卡死时分配律的设计 190

11.3.2 操纵面松浮时分配律的设计 191

11.3.3 操纵面损伤时分配律的设计 191

11.4 多操纵面重构控制仿真及分析 192

11.4.1 操纵面卡死 192

11.4.2 操纵面松浮 193

11.4.3 操纵面损伤 195

第12章 推力矢量飞机超机动控制律设计 198

12.1 推力矢量技术概况 198

12.1.1 推力矢量技术及其特点 198

12.1.2 推力矢量装置喷管的结构类型 199

12.2 推力矢量飞机模型及非线性动态逆控制方法简介 200

12.2.1 推力矢量飞机模型简介 200

12.2.2 非线性动态逆方法 203

12.3 非线性动态逆快回路及较慢回路控制律设计与仿真 206

12.3.1 快回路控制律构成及仿真 206

12.3.2 较慢回路控制律构成及仿真 209

12.4 两类超机动动作的仿真 215

12.4.1 “眼镜蛇”机动仿真 215

12.4.2 “矢量滚筒”机动仿真 217

12.5 控制分配技术与非线性动态逆的联系（快回路） 219

第13章 推力矢量与气动操纵面的协调控制 222

13.1 传统控制分配理论在矢量飞机上的应用 222

13.1.1 广义逆类控制分配方法运用 223

13.1.2 数学规划类控制分配方法运用 226

13.1.3 几何类控制分配方法运用 227

13.2 气动操纵面与矢量操纵面的分配与管理方案 229

13.2.1 基于飞行任务的矢量飞机分配管理方案 229

13.2.2 基于关键飞行状态（迎角）切换的矢量飞机分配管理方案 233

13.2.3 基于基排序方法的矢量飞机分配管理方案 235

第14章 无尾飞翼布局飞机的控制分配系统设计 239

14.1 研究对象简介 239

14.2 无尾飞翼飞机气动特性分析 240

14.2.1 纵向基本特性 240

14.2.2 横侧向基本特性 241

14.2.3 舵面操纵效率分析 242

14.3 无尾飞翼多操纵面飞机AMS求解 248

14.4 无尾飞翼飞机多操纵面控制分配系统设计 249

14.4.1 飞行控制律设计 249

14.4.2 基于伪逆法的分配律设计 250

14.4.3 基于加权伪逆法的分配律设计 252

14.4.4 基于不动点迭代法的分配律设计 256

14.4.5 基于SQP-CT的分配律设计 258

14.4.6 算法的分配效率对比 260

14.5 多操纵面控制分配系统品质评价 260

14.5.1 传统评价指标计算 261

14.5.2 基于最大稳定角速率的品质评价方法 262

14.5.3 仿真分析 263

附录Ⅰ 无尾飞翼多操纵面无人机（方案A） 267

附录Ⅱ 无尾飞翼多操纵面无人机（方案B） 268

附录Ⅲ 无尾飞翼多操纵面无人机线性模型（方案B） 269

参考文献 271