第1章 绪论 1
1.1 航空机器人学 1
1.2 本书内容提要 4
第2章 建模 6
2.1 引言 6
2.2 动学模型 8
2.2.1 欧拉角 8
2.2.2 欧拉参数 11
2.3 动力学模型 13
2.3.1 质量特性 14
2.3.2 六自由度动力学模型：牛顿—欧拉法 14
2.3.3 六自由度动力学模型：拉格朗日方法 24
2.3.4 平移动力学 31
2.4 航空气象学特性 35
2.4.1 风的分布 36
2.4.2 下击暴流 38
2.5 结论 39
第3章 任务规划 40
3.1 概述 40
3.2 飞行规划 41
3.3 运动规划算法综述 43
3.3.1 总体问题描述 43
3.3.2 问题类型 43
3.4 微分约束规划 46
3.4.1 路线图算法 47
3.4.2 人工势场法 54
3.4.3 基于随机采样的航迹规划 65
3.4.4 解耦航迹规划 65
3.4.5 有限状态运动模型：机动自动化 66
3.4.6 数学规划 67
3.4.7 滚动时域控制 68
3.4.8 反应式规划 69
3.4.9 随机路线图方法 69
3.4.10 快速扩展随机树 70
3.4.11 有导向的扩展搜索树 70
3.5 不确定风下的规划 71
3.5.1 滚动时域方法 72
3.5.2 马尔可夫决策过程方法 74
3.5.3 随机不确定性下的机会约束预测控制 76
3.6 强风下的规划 79
3.7 任务分配 82
3.8 小结 84
第4章 航路设计 86
4.1 简介 86
4.2 盘旋轨迹的生成 87
4.2.1 配平航迹 87
4.2.2 盘旋状态下的欠驱动 93
4.3 巡航飞行时的侧向规划 99
4.3.1 无人飞艇的侧向动力学特性 99
4.3.2 时间最优极值 101
4.4 Zermelo导航问题 106
4.4.1 导航方程 106
4.4.2 一个特殊的解 107
4.5 有风条件下的三维航路设计 107
4.5.1 确定参考控制 108
4.5.2 可达性和能控性 110
4.5.3 忽略风的运动规划 114
4.5.4 确定最小能耗路径 118
4.5.5 确定时间最优路径 119
4.6 参数曲线 128
4.6.1 笛卡儿多项式 131
4.6.2 配平航迹 132
4.6.3 非配平航迹 134
4.6.4 两个不同配平航迹之间的机动 139
4.6.5 Frenet-Serret方法 139
4.6.6 Pythagorean Hodograph曲线 141
4.6.7 η3样条 144
4.7 总结 146
第5章 控制 148
5.1 引言 148
5.2 线性控制 149
5.2.1 巡航飞行时的线性方程 150
5.2.2 飞行和操控品质 153
5.2.3 经典线性控制 155
5.2.4 线性鲁棒控制 158
5.3 非线性控制 165
5.3.1 动态逆方法 165
5.3.2 固定飞行高度中的轨迹跟踪 170
5.3.3 变结构鲁棒控制 175
5.3.4 反步控制器设计 178
5.3.5 利用曲率和挠率的线跟踪技术 187
5.3.6 智能控制 188
5.4 系统健康管理 189
5.4.1 健康监测 191
5.4.2 系统故障的诊断及处置 192
5.5 总结 193
第6章 结论 195
附录 当前项目 197
参考文献 213