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第一章 控制原型技术和实验系统 1

1.1 原型技术和控制原型技术 1

1.2 实验系统的组成及功能 3

1.3 Simbox仿真计算机 5

1.3.1 Simbox仿真计算机介绍 5

1.3.2 Simbox仿真计算机的软件系统 5

1.3.3 Simbox计算机的硬件系统 6

1.4 姿态传感器 6

1.5 飞机姿态运动模拟装置：三轴转台 6

1.5.1 三轴转台的功能和组成 6

1.5.2 三轴转台与Simbox仿真计算机的通信 7

1.5.3 三轴转台的数字接口 7

1.5.4 姿态传感器的安装 7

1.6 执行装置——电动舵机 7

1.6.1 电动舵机的功能和组成 7

1.6.2 电机和机械传动装置 7

1.6.3 运动控制器和接口 8

1.6.4 电动舵机的控制与通信 8

实验练习1 Simulink程序设计和数学仿真 8

实验练习2 仿真计算机采集模拟信号的实验 14

实验练习3 仿真计算机间的数字通信 21

实验练习4 仿真计算机对转台的控制 28

实验练习5 姿态传感器和仿真计算机间的数字通信 30

实验练习6 仿真计算机对舵机的控制 40

1.7 数字接口标准 43

1.7.1 RS232C 43

1.7.2 RS422 46

1.7.3 RS485 46

1.8 原型系统采样频率以及MTi300的通信速率设置 47

第二章 飞行器（飞机）动力学模型 49

2.1 动力学方程的建立和运动解耦 49

2.2 纵向运动的小扰动线性化数学模型 54

2.3 简化的纵向运动数学模型 58

2.3.1 短周期运动方程 58

2.3.2 长周期运动方程 58

2.3.3 短周期运动方程的传递函数模型 59

2.3.4 长周期运动方程的传递函数 59

2.4 横侧向运动小扰动线性化数学模型 60

2.5 简化的横侧向运动数学模型 63

2.6 协调转弯运动方程 64

2.7 小扰动线性化数学模型的使用说明 65

第三章 纵向自动飞行控制系统 66

3.1 俯仰角控制系统的设计和仿真 66

3.1.1 俯仰角控制系统的意义 66

3.1.2 俯仰角控制系统的结构 67

3.1.3 俯仰角控制系统的设计 67

3.1.4 俯仰角控制系统设计和数学仿真实例 70

实验练习7 俯仰角控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 74

实验练习8 俯仰角控制系统的半物理仿真 77

3.2 高度控制系统设计和仿真 81

3.2.1 高度控制系统的意义 81

3.2.2 高度控制系统的结构和数学模型 81

3.2.3 高度控制系统设计 81

3.2.4 高度控制系统设计和数学仿真实例 83

实验练习9 高度保持控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 84

实验练习10 高度保持控制系统的半物理仿真 86

3.3 速度控制系统 89

3.3.1 对速度控制系统的有关讨论 89

3.3.2 速度控制系统的结构和数学模型 89

3.3.3 速度控制系统的设计 90

3.3.4 速度控制系统设计和数学仿真实例 91

实验练习11 速度控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 92

实验练习12 速度控制系统的半物理仿真 93

3.4 纵向自动飞行控制系统的接通和断开 96

3.4.1 纵向自动飞行控制系统接通和断开的意义 96

3.4.2 回零系统设计和数学仿真 98

3.4.3 自动配平系统设计和数学仿真 99

实验练习13 回零系统的Simulink程序设计和数学仿真 102

实验练习14 回零系统的半物理仿真 104

实验练习15 纵向配平系统 Simulink程序设计和数学仿真 107

实验练习16 纵向配平系统的半物理仿真 108

第四章 横侧向自动飞行控制系统 112

4.1 横侧向自动飞行控制系统的控制方法 112

4.2 滚转角控制系统设计和仿真 113

4.2.1 滚转角控制系统的结构和数学模型 113

4.2.2 滚转角控制系统设计 114

4.2.3 滚转角控制系统设计和数学仿真实例 114

实验练习17 滚转角控制系统 Simulink程序设计和数学仿真 117

实验练习18 滚转角控制系统的半物理仿真 119

实验练习19 具有侧滑角控制的滚转角控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 122

实验练习20 具有侧滑角控制的滚转角控制系统的半物理仿真 123

4.3 航向（偏航角）控制系统设计和仿真 126

4.3.1 航向控制系统的结构和数学模型 126

4.3.2 航向控制系统设计 127

4.3.3 航向控制系统设计和数学仿真实例 127

实验练习21 航向控制系统 Simulink程序设计和数学仿真 129

实验练习22 航向控制系统的半物理仿真实验练习 130

4.4 横侧向轨迹控制系统设计和仿真 133

4.4.1 横侧向轨迹控制系统的结构和数学模型 133

4.4.2 横侧向轨迹控制系统设计 135

4.4.3 横侧向轨迹控制系统设计和数学仿真实例 136

实验练习23 横侧向轨迹控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 137

实验练习24 横侧向轨迹控制系统的半物理仿真 139

第五章 电传操纵系统 144

5.1 电传操纵系统的有关概念 144

5.2 电传操纵系统设计构型和功能讨论 145

5.3 俯仰轴电传操纵系统设计和数学仿真 148

5.3.1 系统结构和数学模型 148

5.3.2 升降舵操纵控制系统设计 151

5.3.3 设计和数学仿真实例 152

实验练习25 升降舵操纵控制系统的Simulink程序设计和数学仿真 155

实验练习26 升降舵操纵控制系统的半物理仿真 157

5.4 滚转轴电传操纵系统设计和数学仿真 160

5.4.1 系统结构和数学模型 160

5.4.2 滚转轴电传操纵系统的分析和设计 161

5.4.3 滚转轴电传操纵系统的设计和数学仿真实例 162

实验练习27 滚转轴电传操纵系统的Simulink程序设计和数学仿真 165

实验练习28 滚转轴电传操纵系统的半物理仿真 167

5.5 纵向运动的使用边界保护设计 170

5.5.1 俯仰角边界控制设计和仿真 170

实验练习29 俯仰角边界控制的Simulink程序设计和数学仿真 174

实验练习30 俯仰角边界控制的半物理仿真 179

5.5.2 高速边界控制 182

5.5.3 迎角边界控制 183

实验练习31 迎角边界控制的Simulink程序设计和数学仿真 189

实验练习32 迎角边界控制的半物理仿真 191

5.5.4 俯仰轴电传操纵系统控制律讨论 194

附录一 符号的定义 197

附录二 几种飞机的几何、质量和空气动力数据 199

参考文献 204