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第1章 绪论 1

1.1 航空飞行器概述 1

1.2 航空飞行器发展 2

1.3 主要控制方法 5

1.4 本书的主要内容 9

第2章 作用在航空飞行器上的力和力矩 10

2.1 作用在航空飞行器上的空气动力 10

2.1.1 航空飞行器的气动外形 10

2.1.2 速度坐标系和体坐标系 13

2.1.3 空气动力表达式 15

2.1.4 升力、阻力和侧向力 15

2.2 作用在航空飞行器上的空气动力矩 17

2.2.1 空气动力矩的表达式 17

2.2.2 压力中心和焦点 17

2.2.3 俯仰力矩 18

2.2.4 偏航力矩 23

2.2.5 滚转力矩 23

2.3 作用在航空飞行器上的其他力和力矩 25

2.3.1 推力 25

2.3.2 重力 25

2.3.3 铰链力矩 26

2.3.4 马格努斯力和力矩 27

第3章 航空飞行器运动方程组 28

3.1 常用坐标系及坐标转换 28

3.1.1 坐标系的定义 28

3.1.2 坐标变换的一般理论 29

3.1.3 各坐标系之间关系 31

3.2 旋转坐标系中矢量的导数 33

3.2.1 基本情况 33

3.2.2 一般情况 34

3.3 刚体运动方程 34

3.3.1 动力学定理 34

3.3.2 运动学方程 36

3.3.3 动力学方程 37

3.3.4 质量变化方程 39

3.3.5 几何关系式 39

3.3.6 控制关系方程 39

3.3.7 可控飞行弹道方程组 40

第4章 飞行控制系统工作原理 41

4.1 飞行控制系统的概念及发展 41

4.1.1 飞行控制系统的基本概念 41

4.1.2 飞行控制的发展 42

4.2 飞行控制系统的组成与功用 44

4.2.1 飞行器本体 45

4.2.2 驾驶员 45

4.2.3 主操纵系统 46

4.2.4 传感器 48

4.2.5 控制器 52

4.3 飞行控制系统的基本回路 55

4.3.1 舵回路 55

4.3.2 角速率反馈回路 57

4.3.3 增稳（迎角反馈）回路 58

4.3.4 指令回路 59

4.3.5 前向回路 59

4.3.6 姿态角反馈回路 59

4.3.7 高度差反馈 59

4.3.8 速度回路 60

4.4 飞行控制系统的典型控制模态 60

4.4.1 自动阻尼器设计 61

4.4.2 姿态控制与稳定 63

4.4.3 速度（空速和马赫数）控制与稳定 64

4.4.4 高度控制与稳定 65

第5章 飞行控制系统设计与仿真 68

5.1 品质评价及品质规范 68

5.1.1 设计要求 68

5.1.2 飞机种类、飞行阶段及品质标准 68

5.1.3 纵向飞行品质 70

5.1.4 侧向（横航向）飞行品质 72

5.1.5 性能要求 76

5.2 常用设计方法简介 78

5.2.1 根轨迹法 78

5.2.2 频域分析法 82

5.2.3 基于现代控制理论的设计方法 92

5.3 飞行控制系统中常用的控制律结构 93

5.3.1 俯仰控制回路 94

5.3.2 滚转控制回路 95

5.3.3 航向控制回路 96

5.3.4 交联通道 96

5.4 飞行控制系统的仿真验证 97

5.4.1 控制律设计仿真程序 97

5.4.2 仿真的一些基本概念 98

5.4.3 循环迭代的仿真验证 99

5.4.4 地面飞行模拟试验 100

第6章 PID控制的应用 103

6.1 制导与控制回路一体化设计 103

6.1.1 一体化设计的发展 103

6.1.2 一体化设计的结构及优点 104

6.1.3 一体化设计过程 105

6.1.4 仿真结果 107

6.2 航迹跟踪控制律设计 109

6.2.1 飞行轨迹分析与选取 109

6.2.2 协调转弯控制律设计 111

6.2.3 仿真结果 112

第7章 现代控制的应用 115

7.1 模糊控制律设计 115

7.1.1 对象的数学描述 115

7.1.2 模糊控制律设计过程 116

7.1.3 仿真结果 118

7.2 变结构控制律设计 118

7.2.1 对象的数学描述 119

7.2.2 变结构控制律结构 120

7.2.3 控制律的参数摄动不变性 121

7.2.4 稳定性分析与消抖 123

7.2.5 仿真结果 123

第8章 最优控制的应用 126

8.1 最优控制问题简介 126

8.1.1 最优控制问题描述与提法 126

8.1.2 最优控制中常用的数值计算方法 127

8.2 控制参数化提升技术 128

8.2.1 思想来源 129

8.2.2 控制参数化提升后的等价问题 129

8.3 高超声速飞机燃料最优设计 131

8.3.1 问题提出 132

8.3.2 油门开度的确定 134

8.3.3 燃料最优设计过程 135

8.3.3.1 油门开启时间问题转化 135

8.3.3.2 转化后问题的求解 136

8.3.4 仿真结果 139

第9章 直接力／气动力复合控制的应用 142

9.1 摆动喷管与气动舵的复合控制 142

9.1.1 气动效能分析及操纵机构饱和问题 142

9.1.2 对象的数学描述 143

9.1.3 指令分解控制策略 144

9.1.4 仿真结果 145

9.2 RCS与气动舵的复合控制 147

9.2.1 对象的数学描述 147

9.2.2 RCS复合控制 149

9.2.3 仿真结果 153

参考文献 156