飞机、宇宙飞船和火箭的先进控制PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 标记法和基本定义 1

1.2 控制系统 3

1.2.1 线性跟踪系统 6

1.2.2 线性时不变跟踪系统 8

1.3 飞行器的制导与控制 9

1.4 特殊跟踪律 11

1.4.1 比例导引律 11

1.4.2 向量乘积控制 15

1.4.3 比例积分微分控制 17

1.5 数字跟踪系统 21

1.6 小结 22

习题 23

参考文献 25

第2章 最优控制技术 26

2.1 引言 26

2.2 多变量最优化 28

2.3 有约束条件下的最小化 30

2.3.1 等式约束 30

2.3.2 不等式约束 33

2.4 动态系统的最优控制 37

2.4.1 最优性条件 38

2.5 Hamilton函数和最小值原理 39

2.5.1 Hamilton-Jacobi-Bellman方程 40

2.5.2 具有二次性能指标的线性时变系统 41

2.6 具有终点状态等式约束的最优控制 43

2.6.1 Euler-Lagrange方程 44

2.6.2 特殊情况 45

2.7 两点边界值问题的数值解法 46

2.7.1 打靶法 48

2.7.2 配置法 50

2.8 具有内部时间约束的最优终端控制 54

2.8.1 最优奇异控制 55

2.9 跟踪控制 56

2.9.1 邻近极值法和线性二次控制法 57

2.10 随机过程 61

2.10.1 稳态随机过程 66

2.10.2 随机噪声滤波 68

2.11 Kalman滤波器 69

2.12 鲁棒线性时不变控制 72

2.12.1 LQG/LTR方法 73

2.12.2 H2/H∞设计方法 80

2.13 小结 87

习题 88

参考文献 91

第3章 飞机最优导航与控制方法 92

3.1 导航对象 92

3.1.1 风速和风向 97

3.1.2 导航子系统 99

3.2 飞机最优导航 101

3.2.1 最优导航公式 102

3.2.2 边界值问题的极值解：长距离飞行例子 105

3.2.3 大圆航行 111

3.3 飞机姿态动力学 116

3.3.1 平移和转动的动力学 117

3.3.2 相对于速度向量的姿态 119

3.4 气动力与力矩 120

3.5 纵向动力学 123

3.5.1 纵向动力学对象 125

3.6 最优多变量纵向控制 128

3.7 多输入最优纵向控制 129

3.8 最优空速控制 131

3.8.1 LQR/LTR设计实例 132

3.8.2 H∞设计实例 142

3.8.3 高度和马赫数控制 149

3.9 侧航向控制系统 155

3.9.1 侧航向控制对象 155

3.9.2 最优滚转控制 158

3.9.3 多变量侧航向控制：航向保持自动驾驶仪 161

3.10 惯性耦合飞机旋转的最优控制 165

3.11 小结 171

习题 172

参考文献 174

第4章 火箭最优制导 175

4.1 引言 175

4.2 拦截器的最优终端制导 175

4.3 拦截器的非平面最优跟踪系统：3DPN 181

4.4 垂直平面内飞行 190

4.5 最优终端制导 191

4.6 火箭垂直发射 193

4.7 运载火箭的重力转弯轨迹 198

4.7.1 发射至圆形轨道：调节加速度 199

4.7.2 发射至圆形轨道：常值加速度 201

4.8 弹道导弹的发射 207

4.8.1 前向加速度可调的重力转弯火箭 208

4.8.2 前向和法向加速度可调 211

4.9 平面跟踪制导系统 214

4.9.1 稳定性、可控性和可观性 216

4.9.2 跟踪重力转弯轨迹的标称对象 218

4.10 鲁棒自适应制导 222

4.11 状态反馈制导 225

4.11.1 法向加速度制导 225

4.12 基于观测器的运载火箭重力转弯制导 228

4.12.1 基于高度观测器的法向加速度输入控制 229

4.12.2 基于双输出观测器的法向加速度输入控制 235

4.13 质量与大气阻力建模 240

4.14 小结 247

习题 248

参考文献 248

第5章 火箭姿态控制 249

5.1 概述 249

5.2 姿态控制对象 249

5.3 闭环姿态控制 252

5.4 滚转控制系统 254

5.5 火箭俯仰控制 254

5.5.1 俯仰程序 254

5.5.2 俯仰制导和控制系统 256

5.5.3 自适应俯仰控制系统 258

5.6 火箭偏航控制 264

5.7 小结 265

习题 265

参考文献 266

第6章 宇宙飞船制导系统 267

6.1 引言 267

6.2 轨道力学 267

6.2.1 轨道方程 267

6.2.2 近焦点坐标系和天体坐标系 269

6.2.3 时间方程 270

6.2.4 Lagrange系数 272

6.3 宇宙飞船终端制导 274

6.3.1 最小能量轨道转移 276

6.3.2 Lambert定理 278

6.3.3 Lambert问题 279

6.3.4 火箭的Lambert制导 291

6.3.5 再入飞行器的最优终端制导 296

6.4 一般轨道对象的跟踪制导 301

6.5 平面轨道调节 304

6.6 最优非平面轨道调节 312

6.7 小结 315

习题 316

参考文献 318

第7章 宇宙飞船最优姿态控制 319

7.1 引言 319

7.2 宇宙飞船的姿态终端控制 319

7.2.1 宇宙飞船的最优单轴滚动 319

7.3 宇宙飞船多轴旋转机动 325

7.4 宇宙飞船控制力矩 335

7.4.1 火箭推进器 335

7.4.2 反作用轮、动量轮和控制力矩陀螺 335

7.4.3 磁场力矩 336

7.5 卫星动力学对象的跟踪控制 337

7.6 环境力矩 338

7.6.1 重力梯度力矩 340

7.7 宇宙飞船姿态的多变量跟踪控制 341

7.7.1 基于反作用轮的宇宙飞船姿态主动控制 342

7.8 小结 345

习题 345

参考文献 346

附录A 线性系统 347

附录B 稳定性 355

附录C 欠驱动飞行系统控制 362