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本书介绍了目前舰载机全自动着舰控制方面的前沿技术,可为读者提供面向控制系统设计的技术参考。
1.2 舰载机着舰系统及关键技术 2
1.2.1 舰载机着舰系统发展现状 2
1.2.2 舰载机引导技术 4
1.2.3 舰载机姿态控制技术 7
1.2.4 进场功率补偿技术 12
1.2.5 舰艉流抑制技术 13
1.2.6 甲板运动补偿技术 13
本章小结 16
第2章 全自动着舰模型及任务分析 17
2.1 舰载机运动与动力学模型 17
2.1.1 基本假设与坐标系定义 18
2.1.2 舰载机运动学与动力学方程 19
2.1.3 舰载机非线性仿射形式方程变换 22
2.2 航母甲板运动模型 23
2.3 舰艉流扰动模型 24
2.3.1 自由大气紊流分量 24
2.3.2 舰艉流稳态分量 25
2.3.3 舰艉流周期分量 25
2.3.4 舰艉流随机分量 25
2.4 全自动着舰流程及任务分析 26
本章小结 28
第3章 非线性固定时间着舰控制方法 29
3.1 数学准备 29
3.2 固定时间引导律设计 31
3.3 固定时间内环控制律设计 33
3.4 系统稳定性分析 36
3.5 数值仿真 38
本章小结 42
第4章 基于预设性能时变矢量场的移动路径跟踪着舰方法 43
4.1 预设性能时变矢量场 43
4.1.1 问题描述 43
4.1.2 时变矢量场设计 44
4.1.3 预设性能控制增强的时变矢量场设计 46
4.2 基于预设性能时变矢量场的着舰控制器 49
4.2.1 引导律设计 49
4.2.2 内环控制律设计 51
4.2.3 系统稳定性分析 54
4.3 仿真结果 56
本章小结 60
第5章 基于三维移动路径跟踪与综合直接升力的着舰方法 61
5.1 数学准备与问题描述 61
5.1.1 符号定义 61
5.1.2 问题描述 62
5.2 基于三维移动路径跟踪的全自动着舰引导律设计 63
5.2.1 三维移动路径跟踪平动运动学误差模型 63
5.2.2 三维移动路径跟踪转动运动学误差模型 64
5.2.3 三维移动路径跟踪引导律设计 65
5.3 基于综合直接升力的全自动着舰内环控制律设计 67
5.3.1 基于综合直接升力的全自动着舰控制架构 68
5.3.2 航迹控制环 69
5.3.3 姿态控制环 71
5.3.4 速度控制环 72
5.3.5 系统稳定性分析 73
5.4 数值仿真 74
5.4.1 仿真设置 74
5.4.2 仿真结果 75
本章小结 78
第6章 基于鲁棒控制障碍函数的移动路径跟踪着舰方法 79
6.1 问题描述及控制目标 79
6.2 基于时变李导数的移动路径跟踪基准引导律设计 81
6.2.1 舰载机模型变换 81
6.2.2 移动路径跟踪基准引导律设计 82
6.3 基于鲁棒控制障碍函数的引导律设计 85
6.4 数值仿真 90
本章小结 94
第7章 基于图像视觉伺服的着舰控制方法 95
7.1 问题描述 95
7.2 基于图像视觉伺服的着舰控制器 98
7.2.1 引导律设计 98
7.2.2 内环控制律设计 99
7.2.3 系统稳定性分析 103
7.3 仿真结果 104
本章小结 108
第8章 执行器系统的扩展多模型自适应故障诊断 109
8.1 问题描述 109
8.2 扩展多模型自适应故障诊断算法介绍 111
8.3 扩展卡尔曼滤波器设计 112
8.3.1 扩展卡尔曼滤波器方程 112
8.3.2 无故障下的扩展卡尔曼滤波器设计113
8.3.3 利用故障执行器参数增广状态向量 114
8.3.4 执行器故障下的扩展卡尔曼滤波器设计 115
8.4 执行器故障隔离与诊断 116
8.4.1 滤波器残差分析116
8.4.2 执行器故障隔离117
8.4.3 基于假设检验的故障诊断 117
8.5 故障诊断模型实验结果 118
8.5.1 仿真环境及参数设置 118
8.5.2 仿真结果分析 119
本章小结 122
第9章 基于非线性自适应的容错着舰控制方法 123
9.1 问题描述及控制架构设计 123
9.1.1 问题描述 123
9.1.2 基于线性控制律的 L1自适应容错控制架构 125
9.1.3 基于非线性动态逆的 L1自适应容错控制架构 128
9.2 非线性自适应控制器设计 129
9.2.1 非线性动态逆基准控制器设计 129
9.2.2 L1自适应控制器设计 132
本章小结 134
第10章 容错着舰控制方法试飞平台设计与试验 135
10.1 缩比试飞平台设计 135
10.2 数值仿真试验 136
10.3 软件在环仿真试验 137
10.4 缩比试飞试验 140
10.4.1 PID控制方法飞行试验 140
10.4.2 L1自适应控制器无故障飞行试验 141
10.4.3 L1自适应控制器单侧副翼卡死飞行试验144
10.4.4 L1自适应控制器单侧平尾卡死飞行试验147
10.4.5 L1自适应控制器单侧机翼损伤飞行试验150
10.4.6 飞行试验小结 155
本章小结 156
参考文献
舰载机全自动着舰技术是航母/舰载机系统的关键和难点,它可以有效提升航母编队作战能力。本书以固定翼舰载机为研究对象,从基于非线性控制理论,舰载机全自动着舰环境及流程、全自动着舰引导、全自动着舰控制、全自动着舰视觉伺服控制、舰载机故障诊断、舰载机自适应容错控制等方面进行了全面翔实的分析、设计、数值验证及缩比试飞验证。本书内容面向飞行器控制工程实践,也包含了引导与控制、视觉伺服控制、故障诊断、容错控制、缩比试飞等学术领域研究热点,兼顾工程可用性与技术先进性。
本书可作为控制科学与工程、航空宇航科学与技术等专业的高年级本科生和研究生的专业课教材,也可供有关科研人员参考。
郑泽伟，博士，北京航空航天大学副研究员。主持国家自然科学基金、北京市基金、航空科学基金、国家重点研发计划、国家863计划、国家科技重大专项及研究所横向课题等科研项目20余项，发表学术论文80余篇，3篇入选ESI高被引论文，授权和申请国家发明专利10余项。
马云鹏，北京航空航天大学硕士生导师。参与承担并完成国家“863”项目4项，主持国防预研项目3项，获得军队科技进步三等奖3项，发表论文18篇，已获授权国家发明专利3项。
关智元，北京航空航天大学博士，主要从事全自动着舰导航与控制相关工作。参与国家自然科学基金、北京市基金、国家科技重大专项、研究所横向课题等科研项目10余项。研究方向包括舰载机全自动着舰引导与控制、非线性容错控制，已发表学术论文10余篇，已获授权国家发明专利1项。
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