第1章 引言 1
1.1 高超声速飞行器概述 1
1.1.1 发展历程 1
1.1.2 研究现状 3
1.2 高超声速飞行器控制概述 9
1.2.1 面临的难点问题 9
1.2.2 控制方法概述 10
1.3 自抗扰控制方法 17
1.3.1 自抗扰控制的形成与发展 17
1.3.2 自抗扰控制的工程应用 19
1.3.3 自抗扰控制的理论分析 20
1.4 本书特点与结构安排 21
第2章 理论基础 22
2.1 控制系统描述 22
2.1.1 微分方程描述 22
2.1.2 状态空间描述 24
2.1.3 解的存在性和唯一性 27
2.2 控制系统的稳定性 29
2.2.1 系统的运动与平衡点 29
2.2.2 线性系统的稳定性 30
2.3 自抗扰控制方法基础 34
2.3.1 自抗扰控制器的基本原理 34
2.3.2 跟踪微分器 35
2.3.3 扩张状态观测器 36
2.3.4 非线性状态误差反馈控制律 45
第3章 面向控制的高超声速飞行器刚体建模 47
3.1 坐标系统 48
3.1.1 常用坐标系 48
3.1.2 坐标系之间的转换关系 50
3.2 飞行器六自由度动力学模型 59
3.2.1 动力学模型 59
3.2.2 运动学模型 64
3.2.3 六自由度模型 66
3.3 面向控制的高超声速飞行器刚体模型 66
第4章 高超声速飞行器动力学特性分析 76
4.1 气动数据模型 76
4.1.1 气动力与气动力矩 76
4.1.2 气动力系数 77
4.1.3 气动力矩系数 83
4.2 升阻比特性分析 92
4.3 静稳定性分析 94
4.3.1 纵向静稳定性分析 94
4.3.2 侧向静稳定性分析 95
第5章 基于线性自抗扰方法的控制系统设计 98
5.1 线性自抗扰控制律的基本设计思想 98
5.1.1 系统模型 98
5.1.2 控制律设计 99
5.2 线性自抗扰控制律设计步骤 100
5.2.1 线性自抗扰控制的设计流程 100
5.2.2 对象动力学模型的转化 100
5.2.3 基于稳定裕度测试子的控制参数整定方法 101
第6章 高超声速飞行器沿弹道控制系统设计 106
6.1 线性自抗扰姿态控制方法原理 106
6.1.1 独立俯仰姿态的控制设计 106
6.1.2 独立偏航通道的侧滑姿态的控制设计 110
6.1.3 独立滚动姿态的控制设计 112
6.1.4 独立通道自抗扰控制设计的工程简化 115
6.1.5 翻转过程中的自抗扰控制设计 115
6.2 线性自抗扰控制律参数整定与闭环特性研究 117
6.2.1 扩张状态观测器采用角速度的自抗扰控制设计 119
6.2.2 扩张状态观测器采用攻角的自抗扰控制设计 123
6.2.3 线性模型闭环特性研究 124
6.3 定点仿真算例 127
6.3.1 定点选择 127
6.3.2 对象的线性化 127
6.3.3 参数整定 128
6.3.4 时域仿真 128
6.4 沿弹道飞行控制系统设计 129
6.4.1 爬升与巡航段的飞行控制系统设计 129
6.4.2 无动力翻转180°的飞行控制系统设计 139
6.4.3 无动力俯冲段的飞行控制系统设计 142
6.4.4 质心侧向位置的控制 146
6.5 沿弹道飞行控制系统仿真 146
第7章 高超声速飞行器全弹道控制系统仿真 150
7.1 测试弹道 150
7.1.1 标称弹道 150
7.1.2 拉偏弹道 151
7.2 测试弹道仿真 152
7.2.1 标称弹道 152
7.2.2 拉偏情形一 155
7.2.3 拉偏情形二 159
7.2.4 Monte Carlo模拟 162
7.2.5 测试结果分析 164
第8章 总结与展望 167
8.1 总结 167
8.1.1 自抗扰控制的优越性 167
8.1.2 自抗扰控制的应用注意事项 168
8.2 展望 169
参考文献 170