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第1章 绪论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 增益协调鲁棒参数化控制方法概述18

1.3.1 鲁棒参数化控制设计方法18

1.3.2 增益协调鲁棒参数化方法在飞行器控制中的应用19

1.4 本书特色与结构安排21

参考文献22

第2章 理论基础34

2.1 控制系统描述34

2.1.1 传递函数描述34

2.1.2 状态空间描述36

2.1.3 解的存在性和唯一性40

2.2 控制系统的可控性41

2.3 控制系统的稳定性42

2.3.1 系统的运动与平衡点42

2.3.2 Lyapunov稳定性定义43

2.3.3 Lyapunov稳定性判别方法45

2.3.4 线性系统的稳定性47

2.4 有理分式矩阵的右互质分解50

2.4.1 多项式矩阵及其Smith标准型51

2.4.2 有理分式矩阵及其右互质分解53

2.5 广义S ylvester矩阵方程55

2.5.1 问题描述56

2.5.2 完全解析解57

2.6 状态反馈极点配置问题58

2.6.1 状态反馈极点配置问题的描述58

2.6.2 状态反馈极点配置问题的解的存在性与不唯一性58

2.7 注记59

参考文献59

第3章 面向控制的高超声速飞行器刚体建模60

3.1 坐标系统60

3.1.1 常用坐标系60

3.1.2 坐标系之间的关系与坐标变换61

3.2 飞行器六自由度运动模型68

3.2.1 飞行器质心运动的动力学方程68

3.2.2 飞行器绕质心转动的动力学方程69

3.2.3 飞行器质心运动的运动学方程69

3.2.4 飞行器绕质心转动的运动学方程70

3.2.5 气动数据模型与推力数据模型70

3.2.6 角度计算方程71

3.2.7 质量与转动惯量变化方程71

3.2.8 控制关系方程72

3.3 面向控制的飞行器姿态系统模型72

3.3.1 飞行器姿态系统的非线性模型72

3.3.2 高超声速飞行器Winged-Cone气动数据模型分析75

3.3.3 高超声速飞行器面向控制的姿态系统模型80

3.4 注记84

参考文献84

第4章 控制系统设计的鲁棒参数化方法85

4.1 状态反馈控制设计的参数化方法85

4.1.1 状态反馈特征结构配置85

4.1.2 基于状态反馈特征结构配置的参数化控制设计89

4.2 模型参考输出跟踪控制方法91

4.2.1 问题的描述91

4.2.2 解的存在性92

4.2.3 问题的求解92

4.3 鲁棒参数化控制设计步骤94

4.3.1 状态反馈控制的参数化设计步骤95

4.3.2 模型参考输出跟踪控制的参数化设计步骤97

4.4 鲁棒参数化控制方法的计算机辅助设计100

4.5 仿真算例101

4.5.1 系统描述101

4.5.2 控制器设计102

4.5.3 结果分析103

4.6 注记108

参考文献108

第5章 高超声速飞行器沿弹道增益协调鲁棒控制系统设计110

5.1 增益协调鲁棒参数化控制方法110

5.1.1 局部控制器的参数化110

5.1.2 全局控制器设计111

5.2 增益协调鲁棒参数化控制设计的步骤118

5.2.1 全局鲁棒参数化控制设计步骤118

5.2.2 增益平滑切换鲁棒参数化控制设计步骤120

5.3 高超声速飞行器的增益协调鲁棒参数化控制系统设计121

5.3.1 高超声速飞行器爬升与巡航段的制导与鲁棒控制121

5.3.2 高超声速飞行器俯冲段的制导与鲁棒控制131

5.4 注记135

参考文献135

第6章 高超声速飞行器控制系统的非线性数值仿真136

6.1 高超声速飞行器制导与控制系统仿真软件136

6.1.1 基本数学模型136

6.1.2 软件结构与功能141

6.2 测试弹道144

6.2.1 标称弹道144

6.2.2 偏差设定145

6.3 爬升段仿真146

6.3.1 标称情形146

6.3.2 极限拉偏情形Ⅰ150

6.3.3 极限拉偏情形Ⅱ155

6.3.4 爬升段仿真结果分析159

6.4 巡航段仿真159

6.4.1 巡航与无动力飞行159

6.4.2 等速变高机动飞行164

6.4.3 等高变速机动飞行168

6.4.4 侧向转弯机动飞行172

6.4.5 巡航段仿真结果分析177

6.5 俯冲段仿真177

6.5.1 标称情形177

6.5.2 极限拉偏情形Ⅰ181

6.5.3 极限拉偏情形Ⅱ186

6.5.4 俯冲段仿真结果分析190

6.6 注记190

参考文献190

第7章 总结191

7.1 增益协调鲁棒参数化控制方法的优越性191

7.2 增益协调鲁棒参数化控制方法的局限性192

附录194

附录Ⅰ高超声速飞行器结构参数194

附录Ⅱ高超声速飞行器气动数据模型194

附录Ⅲ高超声速飞行器发动机推力模型200

附录Ⅳ大气密度、温度与声速模型201