高超声速飞行器制导控制一体化设计

随着高超声速飞行器在超高速航空航天运输和全球快速准确打击等应用领域的独特优势日益凸显，高超声速飞行器已经成为世界各航空航天大国竞相关注的焦点。作为飞行器制导控制领域的重要趋势之一，制导控制一体化设计可以综合考虑飞行器质心和绕质心运动间的耦合特性，将制导环路和姿态控制环路进行一体化集成设计，从而提高飞行器的性能并降低设计成本。本书系统介绍了高超声速飞行器制导控制一体化设计理论与方法，主要内容包括高超声速飞行器运动模型、制导控制及其一体化设计的基础理论知识、广义的制导控制一体化设计、高阶全状态耦合制导控制一体化设计、制导与姿态控制环路的集成机理、基于降阶模型的制导控制一体化设计、制导控制降阶全集成一体化设计以及制导控制一体化设计半实物仿真等相关理论与方法。本书可作为飞行器总体设计、高超声速飞行器制导控制、制导控制一体化设计、非线性控制等领域的理论与工程技术研究人员学习的参考书。

第1章 绪论
1.1高超声速飞行器发展现状
1.1.1助推滑翔式高超声速飞行器
1.1.2吸气式高超声速飞行器
1.1.3空间再入式高超声速飞行器
1.2制导控制及其一体化设计的研究进展
1.2.1制导方法
1.2.2姿态控制方法
1.2.3制导与姿态控制联合设计方法
1.2.4制导控制一体化设计
1.3现状剖析与本书内容概要
1.3.1制导控制及其一体化设计的现状剖析
1.3.2本书内容概要
第2章 高超声速飞行器运动模型
2.1坐标系统
2.1.1坐标系定义
2.1.2坐标转换矩阵
2.2质心动力学与运动学方程
2.2.1弹道系动力学与运动学方程
2.2.2地面系动力学与运动学方程
2.2.3相对运动动力学与运动学方程
2.3绕质心动力学与运动学方程
2.3.1体坐标系内绕质心动力学方程
2.3.2体坐标系内绕质心运动学方程
2.4辅助解算方程
2.4.1欧拉角解算方程
2.4.2弹道参数解算方程
2.5小结
第3章 制导控制及其一体化设计的基本内涵
3.1弹道与制导
3.1.1弹道的本质
3.1.2制导的数学描述
3.1.3制导设计的基本方法
3.2姿态控制
3.2.1姿态控制的任务
3.2.2姿态控制设计的基本方法
3.3制导与姿控联合设计
3.3.1制导与姿控联合设计的概念
3.3.2制导与姿控联合设计的基本方法
3.4制导控制一体化设计
3.4.1制导控制一体化设计的内涵
3.4.2制导控制一体化设计的基本方法
3.5小结
第4章 广义的制导控制一体化设计
4.1滑翔段制导控制联合设计
4.1.1基于航程与方位误差控制的滑翔制导
4.1.2反步姿态控制
4.1.3滑翔段制导控制联合设计数值仿真
4.2俯冲段制导控制联合设计
4.2.1俯冲段制导
4.2.2基于动态逆的姿态控制
4.2.3俯冲段制导控制联合设计数值仿真
4.3高超声速再入飞行制导控制联合数值分析
4.3.1约束条件
4.3.2再入飞行全程数值仿真
4.4小结
第5章 高阶全状态耦合制导控制一体化设计
5.1严格反馈型高阶系统及其求解
5.1.1严格反馈型高阶非线性系统
5.1.2分块反步设计
5.2滑翔段高阶全状态耦合制导控制一体化设计
5.2.1滑翔段制导控制一体化设计模型
5.2.2基于准平衡滑翔的高阶全状态耦合一体化设计
5.2.3数值仿真分析
5.3带落角约束的高阶全状态耦合俯冲飞行一体化设计
5.3.1带三维落角约束的制导控制一体化设计模型
5.3.2分块反步高阶全状态耦合一体化设计
5.3.3数值仿真分析
5.4小结
第6章 制导与姿态控制环路的集成机理
6.1体系内加速度分量与姿态变量的关联模型
6.1.1基于加速度分量的角速率解析计算
6.1.2侧滑转弯与倾侧转弯的角速率指令解算
6.2速度矢量与姿态变量的集成模型
6.2.1弹道系内加速度与姿态角
6.2.2速度矢量变量与舵偏角的关系模型
6.3相对运动与姿态变量的集成模型
6.3.1视线角与转动角速率
6.3.2视线角与舵偏角关系方程
6.4小结
第7章 基于降阶模型的制导控制一体化设计
7.1分块动态面控制
7.2滑翔飞行制导控制降阶一体化设计
7.2.1制导控制降阶一体化设计模型
7.2.2滑翔飞行自适应一体化设计
7.2.3数值仿真分析
7.3俯冲飞行制导控制降阶一体化设计
7.3.1制导控制降阶一体化设计模型
7.3.2俯冲飞行一体化设计
7.3.3数值仿真分析
7.4小结
第8章 制导控制一体化降阶全集成设计
8.1滑翔飞行制导控制一体化降阶全集成设计
8.1.1降阶全集成一体化设计模型
8.1.2基于变结构控制的一体化设计
8.1.3数值仿真分析
8.2俯冲飞行制导控制一体化降阶全集成设计
8.2.1降阶全集成相对运动模型
8.2.2俯冲飞行一体化设计
8.2.3数值仿真分析
8.3再入飞行制导控制降阶全集成数值分析
8.3.1约束条件
8.3.2数值仿真分析
8.4小结
第9章 半实物仿真
9.1总体方案设计
9.1.1系统设计需求
9.1.2系统架构
9.1.3系统硬件配置
9.2系统软件构成
9.2.1 SimCreator主控软件
9.2.2 HRTSimulink功能模块库
9.2.3外部接口库与代码自动生成
9.3仿真系统功能实现
9.3.1基于Simulink的模型设计
9.3.2模型重建与编译
9.3.3通信接口设置与仿真管理
9.3.4仿真实时性说明
9.4仿真测试
9.4.1姿态控制器仿真
9.4.2纵向平面滑翔飞行制导控制一体化仿真
9.4.3俯冲飞行段制导控制一体化设计仿真
9.5小结
参考文献