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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