直升机飞行控制律设计

目 录
第1章 绪论 1
1．1 研究背景 1
1．2 主要设计方法 2
1．2．1 自适应控制及反演设计方法 2
1．2．2 鲁棒控制理论 3
1．2．3 变结构控制理论 4
1．2．4 神经网络和模糊控制理论 4
1．3 存在的问题及本书研究的思路 5
1．4 本书内容安排 6
参考文献 7
第2章 直升机控制系统建模 11
2．1 坐标系及运动参量 11
2．1．1 常用坐标系 11
2．1．2 直升机飞行状态参数 12
2．2 直升机全量运动方程 13
2．3 直升机小扰动线性化方程 15
2．3．1 小扰动线性化方程 15
2．3．2 直升机小扰动运动方程的建立 15
2．4 直升机开环特性分析 18
2．5 直升机控制系统模型 20
2．5．1 执行机构模型 20
2．5．2 控制系统模型 21
2．6 直升机全包线模型 22
本章小结 26
参考文献 27
第3章 增稳控制律设计 28
3．1 增稳控制系统设计要求及控制律设计方法 28
3．1．1 增稳控制系统设计要求 28
3．1．2 控制律设计方法 29
3．2 纵向系统控制律设计 31
3．2．1 纵向控制系统描述 31
3．2．2 俯仰稳定控制律设计 32
3．2．3 速度稳定控制律设计 36
3．2．4 高度稳定控制律设计 39
3．3 横侧向系统控制律设计 43
3．3．1 横侧向控制系统描述 43
3．3．2 倾斜稳定控制律设计 45
3．3．3 航向稳定控制律设计 47
3．4 协调转弯控制律设计 50
3．5 悬停控制律设计 54
3．5．1 俯仰通道控制参数设计 54
3．5．2 倾斜通道控制参数设计 56
3．5．3 航向通道控制参数设计 57
3．5．4 速度通道控制参数设计 59
3．5．5 高度通道控制参数设计 64
本章小结 66
参考文献 66
第4章 控制增稳系统设计 68
4．1 增稳控制系统性能检验 68
4．1．1 带宽与延迟时间 68
4．1．2 阻尼比 72
4．1．3 快捷性 75
4．1．4 操纵功效 77
4．1．5 总距操纵 80
4．1．6 轴间耦合 82
4．2 控制增稳系统设计 85
4．2．1 前馈控制器设计 85
4．2．2 解耦控制器设计 92
本章小结 96
参考文献 96
第5章 导航控制律设计 98
5．1 引言 98
5．1．1 直升机导航控制基本原理 98
5．1．2 直升机常用导航设备 99
5．2 导航坐标系的建立和导航参数计算 100
5．2．1 地球模型和地球坐标系 100
5．2．2 大圆航线及其导航参数的计算 102
5．2．3 等角航线及其导航参数的计算 104
5．2．4 平面直角坐标系及其导航参数的计算 107
5．3 水平导航 109
5．3．1 直线段水平导航控制 110
5．3．2 圆弧航段的导航控制 111
5．3．3 水平导航算例 114
5．4 水平导航中过渡路径构建和航段的切换策略 119
5．4．1 切线转弯过渡路径的构建 119
5．4．2 过点转弯过渡路径的构建 121
5．4．3 航段切换策略 124
5．4．4 航路点切换仿真 126
5．5 垂直导航 127
5．5．1 垂直导航参数计算 128
5．5．2 垂直导航控制律 129
5．5．3 垂直引导仿真 130
5．6 三维导航控制律设计 131
5．6．1 直升机偏离航线后期望高度的确定 131
5．6．2 三维导航控制仿真 133
本章小结 136
参考文献 136
第6章 自动着舰控制律设计 137
6．1 舰载直升机进舰着舰环境研究 137
6．1．1 舰船海上运动模型 137
6．1．2 舰船运动对着舰点高度的影响 141
6．1．3 舰尾流模型 142
6．2 直升机进舰过程控制 147
6．2．1 定点悬停控制 148
6．2．2 舰尾流扰动抑制 152
6．2．3 直升机进舰过程仿真 156
6．3 直升机着舰过程控制 158
6．3．1 舰船运动跟踪控制 158
6．3．2 着舰时机决策 165
6．3．3 直升机自动着舰过程仿真 168
本章小结 170
参考文献 170
第7章 悬吊控制律设计 173
7．1 缆绳坐标系 173
7．2 悬吊直升机建模 174
7．3 缆绳-悬吊物系统建模及分析 176
7．3．1 缆绳-悬吊物系统配平计算 176
7．3．2 转弯飞行稳态平衡条件 178
7．3．3 悬吊系统仿真分析 180
7．4 直升机悬吊系统建模 182
7．4．1 直升机牵连运动 182
7．4．2 直升机悬吊系统模型建立 183
7．4．3 直升机悬吊系统模型分析 183
7．5 悬吊直升机增稳控制律设计 186
7．6 缆位角稳定控制 189
7．6．1 输入整形控制 189
7．6．2 缆位角反馈控制 193
7．6．3 缆位角振荡抑制综合仿真 196
7．7 悬吊定位控制 196
7．7．1 定位计算方法 197
7．7．2 直升机位置控制 198
7．8 综合仿真验证 200
本章小结 202
参考文献 203
第8章 吊放控制律设计 204
8．1 自动过渡悬停指令设计 204
8．1．1 地速较大时自动过渡指令的设计 205
8．1．2 高度较大时自动过渡指令的设计 209
8．1．3 自动过渡悬停仿真验证 212
8．2 缆位控制律设计 214
8．2．1 缆位控制原理 214
8．2．2 缆绳模型建立 215
8．2．3 缆位控制律设计 216
8．2．4 缆位控制律的仿真验证 221
8．3 缆高控制 223
8．3．1 卡尔曼滤波器设计 224
8．3．2 调参滤波器设计 225
8．3．3 调参滤波器检验 228
8．3．4 缆高控制律的仿真验证 230
本章小结 231
参考文献 231

第9章 拖曳控制律设计 233
9．1 拖曳系统模型及其特性分析 233
9．1．1 缆绳系统模型 233
9．1．2 缆绳系统的稳态响应 234
9．1．3 洋流对缆绳系统的影响及控制策略 237
9．1．4 海风对缆绳系统的影响及控制策略 241
9．2 直升机拖曳系统建模 242
9．2．1 直升机模型 242
9．2．2 直升机拖曳系统模型 242
9．3 直升机拖曳系统控制律设计 243
9．3．1 增稳控制律参数调整 243
9．3．2 缆位角反馈控制参数设计 244
9．3．3 直升机拖曳系统控制律检验 245
9．4 拖曳路径规划及实现 246
9．4．1 被拖曳体航迹控制 247
9．4．2 在洋流和定常风环境下的直航轨迹实现 248
9．4．3 在洋流和定常风环境下的搜扫航迹规划及实现 253
9．5 海浪运动及缆绳拉力的扰动抑制 257
9．5．1 海浪影响下被拖曳体的升沉运动 257
9．5．2 缆绳拉力扰动抑制 264
本章小结 269
参考文献 270
第10章 模糊滑模控制 272
10．1 滑模控制系统设计 272
10．1．1 滑模控制原理 272
10．1．2 滑模控制系统的抖振抑制 273
10．1．3 仿真算例 277
10．2 基于滑模观测器的控制系统设计 281
10．2．1 问题描述 282
10．2．2 滑模观测器设计 283
10．2．3 仿真算例 285
10．3 输出反馈滑模控制器设计 289
10．3．1 设计输出反馈滑模控制系统的条件 290
10．3．2 输出反馈条件下的滑模面及等效控制律设计 290
10．3．3 输出反馈条件下的趋近控制律设计 291
10．3．4 模型跟踪滑模控制律设计 291
10．4 直升机纵向系统模糊滑模控制律设计 295
10．4．1 系统描述 295
10．4．2 等效控制律设计 296
10．4．3 滑模面及趋近控制律设计 298
10．4．4 系统检验 299
10．5 直升机横侧向系统模糊滑模控制律设计 300
10．5．1 系统描述 300
10．5．2 等效控制律设计 301
10．5．3 滑模面及趋近控制律设计 304
10．5．4 仿真验证 306
本章小结 309
参考文献 310
附录A 直升机飞行品质规范（ADS-33E）简介 311
附录B 拖缆系统建模 319
附录C 海浪建模及海浪滤波 333