本書較系統(tǒng)、全面地介紹了在不同任務(wù)環(huán)境下，直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)各通道飛行控制律的全包線綜合設(shè)計(jì)方法。本書分為10章，在建立直升機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計(jì)直升機(jī)增穩(wěn)和控制增穩(wěn)系統(tǒng)，使飛機(jī)滿足品質(zhì)指標(biāo)要求；其次研究直升機(jī)在執(zhí)行不同任務(wù)（包括導(dǎo)航、自動(dòng)著艦、懸吊、吊放和拖曳等作業(yè)）時(shí)涉及的控制律設(shè)計(jì)問題，給出有效的參考控制方案和設(shè)計(jì)方法；最后探討綜合運(yùn)用魯棒、模糊和滑模等現(xiàn)代控制方法設(shè)計(jì)直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)，為高性能飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行有益的探索。 本書可作為飛行控制專業(yè)本科生、研究生、相關(guān)專業(yè)的研究人員、工程師和工程技術(shù)人員的參考書。
盧京潮，博士，教授。1982年8月—1988年12月，任西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院助教；1988年12月—1992年12月，任西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院講師；1992年12月—1998年12月，任西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授；1998年12月—至今，任西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院教授。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 主要設(shè)計(jì)方法 2
1.2.1 自適應(yīng)控制及反演設(shè)計(jì)方法 2
1.2.2 魯棒控制理論 3
1.2.3 變結(jié)構(gòu)控制理論 4
1.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制理論 4
1.3 存在的問題及本書研究的思路 5
1.4 本書內(nèi)容安排 6
參考文獻(xiàn) 7
第2章 直升機(jī)控制系統(tǒng)建模 11
2.1 坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)參量 11
2.1.1 常用坐標(biāo)系 11
2.1.2 直升機(jī)飛行狀態(tài)參數(shù) 12
2.2 直升機(jī)全量運(yùn)動(dòng)方程 13
2.3 直升機(jī)小擾動(dòng)線性化方程 15
2.3.1 小擾動(dòng)線性化方程 15
2.3.2 直升機(jī)小擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程的建立 15
2.4 直升機(jī)開環(huán)特性分析 18
2.5 直升機(jī)控制系統(tǒng)模型 20
2.5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型 20
2.5.2 控制系統(tǒng)模型 21
2.6 直升機(jī)全包線模型 22
本章小結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
第3章 增穩(wěn)控制律設(shè)計(jì) 28
3.1 增穩(wěn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及控制律設(shè)計(jì)方法 28
3.1.1 增穩(wěn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 28
3.1.2 控制律設(shè)計(jì)方法 29
3.2 縱向系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì) 31
3.2.1 縱向控制系統(tǒng)描述 31
3.2.2 俯仰穩(wěn)定控制律設(shè)計(jì) 32
3.2.3 速度穩(wěn)定控制律設(shè)計(jì) 36
3.2.4 高度穩(wěn)定控制律設(shè)計(jì) 39
3.3 橫側(cè)向系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì) 43
3.3.1 橫側(cè)向控制系統(tǒng)描述 43
3.3.2 傾斜穩(wěn)定控制律設(shè)計(jì) 45
3.3.3 航向穩(wěn)定控制律設(shè)計(jì) 47
3.4 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制律設(shè)計(jì) 50
3.5 懸�？刂坡稍O(shè)計(jì) 54
3.5.1 俯仰通道控制參數(shù)設(shè)計(jì) 54
3.5.2 傾斜通道控制參數(shù)設(shè)計(jì) 56
3.5.3 航向通道控制參數(shù)設(shè)計(jì) 57
3.5.4 速度通道控制參數(shù)設(shè)計(jì) 59
3.5.5 高度通道控制參數(shù)設(shè)計(jì) 64
本章小結(jié) 66
參考文獻(xiàn) 66
第4章 控制增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 68
4.1 增穩(wěn)控制系統(tǒng)性能檢驗(yàn) 68
4.1.1 帶寬與延遲時(shí)間 68
4.1.2 阻尼比 72
4.1.3 快捷性 75
4.1.4 操縱功效 77
4.1.5 總距操縱 80
4.1.6 軸間耦合 82
4.2 控制增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 85
4.2.1 前饋控制器設(shè)計(jì) 85
4.2.2 解耦控制器設(shè)計(jì) 92
本章小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第5章 導(dǎo)航控制律設(shè)計(jì) 98
5.1 引言 98
5.1.1 直升機(jī)導(dǎo)航控制基本原理 98
5.1.2 直升機(jī)常用導(dǎo)航設(shè)備 99
5.2 導(dǎo)航坐標(biāo)系的建立和導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算 100
5.2.1 地球模型和地球坐標(biāo)系 100
5.2.2 大圓航線及其導(dǎo)航參數(shù)的計(jì)算 102
5.2.3 等角航線及其導(dǎo)航參數(shù)的計(jì)算 104
5.2.4 平面直角坐標(biāo)系及其導(dǎo)航參數(shù)的計(jì)算 107
5.3 水平導(dǎo)航 109
5.3.1 直線段水平導(dǎo)航控制 110
5.3.2 圓弧航段的導(dǎo)航控制 111
5.3.3 水平導(dǎo)航算例 114
5.4 水平導(dǎo)航中過渡路徑構(gòu)建和航段的切換策略 119
5.4.1 切線轉(zhuǎn)彎過渡路徑的構(gòu)建 119
5.4.2 過點(diǎn)轉(zhuǎn)彎過渡路徑的構(gòu)建 121
5.4.3 航段切換策略 124
5.4.4 航路點(diǎn)切換仿真 126
5.5 垂直導(dǎo)航 127
5.5.1 垂直導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算 128
5.5.2 垂直導(dǎo)航控制律 129
5.5.3 垂直引導(dǎo)仿真 130
5.6 三維導(dǎo)航控制律設(shè)計(jì) 131
5.6.1 直升機(jī)偏離航線后期望高度的確定 131
5.6.2 三維導(dǎo)航控制仿真 133
本章小結(jié) 136
參考文獻(xiàn) 136
第6章 自動(dòng)著艦控制律設(shè)計(jì) 137
6.1 艦載直升機(jī)進(jìn)艦著艦環(huán)境研究 137
6.1.1 艦船海上運(yùn)動(dòng)模型 137
6.1.2 艦船運(yùn)動(dòng)對(duì)著艦點(diǎn)高度的影響 141
6.1.3 艦尾流模型 142
6.2 直升機(jī)進(jìn)艦過程控制 147
6.2.1 定點(diǎn)懸�？刂� 148
6.2.2 艦尾流擾動(dòng)抑制 152
6.2.3 直升機(jī)進(jìn)艦過程仿真 156
6.3 直升機(jī)著艦過程控制 158
6.3.1 艦船運(yùn)動(dòng)跟蹤控制 158
6.3.2 著艦時(shí)機(jī)決策 165
6.3.3 直升機(jī)自動(dòng)著艦過程仿真 168
本章小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
第7章 懸吊控制律設(shè)計(jì) 173
7.1 纜繩坐標(biāo)系 173
7.2 懸吊直升機(jī)建模 174
7.3 纜繩-懸吊物系統(tǒng)建模及分析 176
7.3.1 纜繩-懸吊物系統(tǒng)配平計(jì)算 176
7.3.2 轉(zhuǎn)彎飛行穩(wěn)態(tài)平衡條件 178
7.3.3 懸吊系統(tǒng)仿真分析 180
7.4 直升機(jī)懸吊系統(tǒng)建模 182
7.4.1 直升機(jī)牽連運(yùn)動(dòng) 182
7.4.2 直升機(jī)懸吊系統(tǒng)模型建立 183
7.4.3 直升機(jī)懸吊系統(tǒng)模型分析 183
7.5 懸吊直升機(jī)增穩(wěn)控制律設(shè)計(jì) 186
7.6 纜位角穩(wěn)定控制 189
7.6.1 輸入整形控制 189
7.6.2 纜位角反饋控制 193
7.6.3 纜位角振蕩抑制綜合仿真 196
7.7 懸吊定位控制 196
7.7.1 定位計(jì)算方法 197
7.7.2 直升機(jī)位置控制 198
7.8 綜合仿真驗(yàn)證 200
本章小結(jié) 202
參考文獻(xiàn) 203
第8章 吊放控制律設(shè)計(jì) 204
8.1 自動(dòng)過渡懸停指令設(shè)計(jì) 204
8.1.1 地速較大時(shí)自動(dòng)過渡指令的設(shè)計(jì) 205
8.1.2 高度較大時(shí)自動(dòng)過渡指令的設(shè)計(jì) 209
8.1.3 自動(dòng)過渡懸停仿真驗(yàn)證 212
8.2 纜位控制律設(shè)計(jì) 214
8.2.1 纜位控制原理 214
8.2.2 纜繩模型建立 215
8.2.3 纜位控制律設(shè)計(jì) 216
8.2.4 纜位控制律的仿真驗(yàn)證 221
8.3 纜高控制 223
8.3.1 卡爾曼濾波器設(shè)計(jì) 224
8.3.2 調(diào)參濾波器設(shè)計(jì) 225
8.3.3 調(diào)參濾波器檢驗(yàn) 228
8.3.4 纜高控制律的仿真驗(yàn)證 230
本章小結(jié) 231
參考文獻(xiàn) 231
第9章 拖曳控制律設(shè)計(jì) 233
9.1 拖曳系統(tǒng)模型及其特性分析 233
9.1.1 纜繩系統(tǒng)模型 233
9.1.2 纜繩系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 234
9.1.3 洋流對(duì)纜繩系統(tǒng)的影響及控制策略 237
9.1.4 海風(fēng)對(duì)纜繩系統(tǒng)的影響及控制策略 241
9.2 直升機(jī)拖曳系統(tǒng)建模 242
9.2.1 直升機(jī)模型 242
9.2.2 直升機(jī)拖曳系統(tǒng)模型 242
9.3 直升機(jī)拖曳系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì) 243
9.3.1 增穩(wěn)控制律參數(shù)調(diào)整 243
9.3.2 纜位角反饋控制參數(shù)設(shè)計(jì) 244
9.3.3 直升機(jī)拖曳系統(tǒng)控制律檢驗(yàn) 245
9.4 拖曳路徑規(guī)劃及實(shí)現(xiàn) 246
9.4.1 被拖曳體航跡控制 247
9.4.2 在洋流和定常風(fēng)環(huán)境下的直航軌跡實(shí)現(xiàn) 248
9.4.3 在洋流和定常風(fēng)環(huán)境下的搜掃航跡規(guī)劃及實(shí)現(xiàn) 253
9.5 海浪運(yùn)動(dòng)及纜繩拉力的擾動(dòng)抑制 257
9.5.1 海浪影響下被拖曳體的升沉運(yùn)動(dòng) 257
9.5.2 纜繩拉力擾動(dòng)抑制 264
本章小結(jié) 269
參考文獻(xiàn) 270
第10章 模糊滑�？刂� 272
10.1 滑�？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì) 272
10.1.1 滑模控制原理 272
10.1.2 滑�？刂葡到y(tǒng)的抖振抑制 273
10.1.3 仿真算例 277
10.2 基于滑模觀測(cè)器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 281
10.2.1 問題描述 282
10.2.2 滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì) 283
10.2.3 仿真算例 285
10.3 輸出反饋滑�？刂破髟O(shè)計(jì) 289
10.3.1 設(shè)計(jì)輸出反饋滑�？刂葡到y(tǒng)的條件 290
10.3.2 輸出反饋條件下的滑模面及等效控制律設(shè)計(jì) 290
10.3.3 輸出反饋條件下的趨近控制律設(shè)計(jì) 291
10.3.4 模型跟蹤滑模控制律設(shè)計(jì) 291
10.4 直升機(jī)縱向系統(tǒng)模糊滑�？刂坡稍O(shè)計(jì) 295
10.4.1 系統(tǒng)描述 295
10.4.2 等效控制律設(shè)計(jì) 296
10.4.3 滑模面及趨近控制律設(shè)計(jì) 298
10.4.4 系統(tǒng)檢驗(yàn) 299
10.5 直升機(jī)橫側(cè)向系統(tǒng)模糊滑�？刂坡稍O(shè)計(jì) 300
10.5.1 系統(tǒng)描述 300
10.5.2 等效控制律設(shè)計(jì) 301
10.5.3 滑模面及趨近控制律設(shè)計(jì) 304
10.5.4 仿真驗(yàn)證 306
本章小結(jié) 309
參考文獻(xiàn) 310
附錄A 直升機(jī)飛行品質(zhì)規(guī)范（ADS-33E）簡(jiǎn)介 311
附錄B 拖纜系統(tǒng)建模 319
附錄C 海浪建模及海浪濾波 333
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