飞机驾驶员诱发振荡——建模仿真与风险评估

本书针对在结冰风洞中开展飞机结冰与防除冰试验的理论、方法，结合目前国内结冰风洞试验研究的近期新成果，介绍了结冰风洞的组成、国内外结冰风洞的概况，详细介绍了与结冰风洞试验技术相关的相似理论、气流场和云雾场校测方法、结冰和防除冰试验方法，以及典型的试验结果与分析等，为开展飞机结冰与防除冰试验研究提供学习参考的资料。科研院所、工业部门、高等院校从事飞机结冰与防除冰研究的科研人员、研究生或高年级本科生

目录
    丛书序
    前言
    第 1 章 运输机驾驶员诱发振荡概述 1
    1.1 驾驶员诱发振荡概述 1
    1.2 国内外研究现状分析 4
    1.2.1PIO机理的国内外研究现状 4
    1.2.2PIO飞行试验国内外发展现状 5
    1.2.3 飞行风险评估国内外研究现状 7
    1.3 运输机的PIO适航审定发展现状 9
    第 2 章 运输机动力学与飞行控制 11
    2.1 刚性飞行器动力学模型 11
    2.1.1 参考坐标轴系 11
    2.1.2 飞行器质心移动的动力学方程 12
    2.1.3 飞行器绕质心转动的动力学方程 15
    2.1.4 飞行器质心转动的动力学方程 17
    2.1.5 飞行器绕质心移动的运动学方程 17
    2.2 飞行器小扰动线性化模型 18
    2.2.1 纵向小扰动运动方程组 19
    2.2.2 横航向小扰动运动方程组 22
    2.3 飞机飞行控制系统模型 23
    2.3.1 飞行控制系统的任务与功能 23
    2.3.2 电传运输机的飞控系统结构 25
    2.3.3 飞行控制系统与PIO的内在联系 27
    2.4 本章小结 30
    第 3 章 运输机PIO研究中的驾驶员操纵行为模型 31
    3.1 驾驶员操纵行为模式概述 31
    3.2 补偿行为 34
    3.3 跟踪行为 39
    3.4 预知行为 40
    3.5 驾驶员异常行为 42
    3.6 本章小结 43
    第 4 章 操纵面速率饱和对PIO的影响因素研究 44
    4.1 简化的速率环节模型 44
    4.2 准确正弦描述函数模型 51
    4.3 正弦输入描述函数模型 53
    4.4 正弦输入/三角输出描述函数模型 60
    4.5 本章小结 64
    第 5 章 基于抑制器的速率饱和PIO抑制方法研究 65
    5.1 抑制器开环特性分析 65
    5.1.1 抑制器的结构 65
    5.1.2 抑制器频域特性分析 67
    5.1.3 抑制器时域特性分析 68
    5.2 抑制器相位补偿能力研究 69
    5.3 II 型PIO抑制机理研究 71
    5.4 抑制器效能研究 74
    5.4.1 阶跃跟踪任务 74
    5.4.2 离散俯仰跟踪任务 76
    5.4.3 正弦跟踪任务 78
    5.5 应用实例 80
    5.5.1 人机闭环系统模型 80
    5.5.2 飞机模型 80
    5.5.3 驾驶员模型 82
    5.5.4 舵机动力学模型 82
    5.5.5 离散俯仰跟踪任务 82
    5.5.6 正弦跟踪任务 87
    5.6 本章小结 91
    第 6 章 基于绝对稳定性理论的作动器速率人机闭环系统的稳定域估计 93
    6.1 预备知识 93
    6.1.1 扇形区域 93
    6.1.2 绝对稳定性概念 95
    6.2 圆判据 96
    6.2.1 多变量与单变量圆判据定理 96
    6.2.2 简单实例验证 98
    6.3 Popov 判据 105
    6.3.1 多变量与单变量 Popov 判据 105
    6.3.2 简单实例验证 106
    6.4 人机闭环系统稳定性分析算例 109
    6.4.1 判据的选择 109
    6.4.2 静稳定飞机人机闭环系统算例 110
    6.4.3 静不稳定飞机人机闭环系统算例 117
    6.5 本章小结 122
    第 7 章 具有作动器速率的人机闭环系统的稳定域估计 123
    7.1 预备知识 124
    7.1.1 稳定域相关概念 124
    7.1.2 Lyapunov 方程 124
    7.1.3 线性矩阵不等式 (LMI) 124
    7.2 基于 Lyapunov 方程的静稳定飞机人机闭环系统的稳定域估计 127
    7.2.1 控制输入幅值饱和单输入系统稳定域估计方法 127
    7.2.2 考虑速率因素的人机闭环系统稳定域估计 129
    7.2.3 人机闭环系统有极限环时的稳定域估计算例 131
    7.2.4 人机闭环系统无极限环时的稳定域分析 137
    7.3 基于 LMI 的静不稳定飞机人机闭环系统的稳定域估计 139
    7.3.1 控制输入幅值饱和稳定域估计方法 139
    7.3.2 考虑速率因素的人机闭环系统的稳定域估计 141
    7.3.3 算例研究 143
    7.3.4 人机闭环系统非线性失稳模式分析 146
    7.4 本章小结 149
    第 8 章 基于 Anti-Windup 补偿的人机闭环系统失稳抑制 151
    8.1 预备知识 152
    8.2 控制输入幅值受限系统的 Anti-Windup 补偿 155
    8.2.1 基本理论 155
    8.2.2 算例仿真验证 158
    8.3 控制输入速率受限系统的 Anti-Windup 补偿 160
    8.3.1 基本理论 160
    8.3.2 算例仿真验证 164
    8.4 Anti-Windup 补偿方法用于人机闭环系统非线性失稳抑制 165
    8.4.1 人机闭环系统结构 166
    8.4.2 Anti-Windup 补偿器的求解 166
    8.4.3 仿真验证 169
    8.5 本章小结 172
    第 9 章 基于指令速率补偿的人机闭环系统非线性失稳抑制 173
    9.1 四种指令速率补偿器结构 174
    9.2 四种指令速率补偿器的时域特性分析 175
    9.3 采用同步控制驾驶员模型时的失稳抑制效果仿真 177
    9.3.1 四种补偿器的人机闭环系统极限环失稳抑制效果仿真研究 177
    9.3.2 四种补偿器的人机闭环系统发散失稳抑制效果仿真研究 185
    9.4 采用 Neal-Smith 驾驶员模型时的失稳抑制效果仿真 192
    9.4.1 四种补偿器的人机闭环系统极限环失稳抑制效果仿真研究 192
    9.4.2 四种补偿器的人机闭环系统发散失稳抑制效果仿真研究 197
    9.5 加入指令速率补偿器后对系统正常操纵的影响 202
    9.5.1 本体静稳定人机闭环系统情况 202
    9.5.2 本体静不稳定人机闭环系统情况 203
    9.6 指令速率补偿方法与 Anti-Windup 补偿方法对比总结 208
    9.7 本章小结 208
    第 10 章 基于人机闭环系统的PIO易感性参数仿真与空中试飞验证 210
    10.1 基于仿真模拟的PIO易感性分析方法 210
    10.1.1 典型PIO试飞任务数字化 211
    10.1.2 人机闭环系统模型 213
    10.1.3PIO易感性参数分析 213
    10.2 基于变稳机的PIO试飞验证 214
    10.2.1 试飞结果评价方法 214
    10.2.2 基于变稳机的PIO试飞验证概况 216
    10.3 操纵系统时间延迟对PIO易感性的影响 217
    10.3.1 俯仰截获任务下时间延迟对PIO易感性的影响 217
    10.3.2 滚转截获任务下时间延迟对PIO易感性的影响 221
    10.3.3 时间延迟引起的PIO试飞与评价方法验证 224
    10.4 舵偏速率对PIO易感性的影响 229
    10.4.1 俯仰截获任务下舵偏速率对PIO易感性的影响 230
    10.4.2 滚转截获任务下舵偏速率对PIO易感性的影响 232
    10.4.3 舵偏速率引起的PIO试飞与评价方法验证 235
    10.5 飞行品质等级对PIO易感性的影响 240
    10.5.1 基于过载指令结构的飞行品质等级对PIO易感性的影响 240
    10.5.2 基于迎角指令结构的飞行品质等级对PIO易感性的影响 243
    10.6 本章小结 246
    第 11 章 基于极值理论的PIO科目试飞风险定量评估方法 247
    11.1PIO科目试飞安全关键参数极值的提取 247
    11.1.1 基于试飞数据的安全关键参数极值提取 247
    11.1.2 基于地面模拟试飞提取的参数极值可信度验证 249
    11.2 一维参数极值统计特性分析 250
    11.3 基于极值理论的PIO科目试飞风险定量评估 253
    11.4 基于一维参数极值分布的PIO科目试飞风险定量评估方法 254
    11.4.1 一维极值分布模型 254
    11.4.2 一维极值分布模型很优拟合检验 257
    11.4.3 基于一维极值的PIO科目试飞风险概率 261
    11.5 基于二维参数极值分布的PIO科目试飞风险定量评估 263
    11.5.1 二维参数极值分布模型 263
    11.5.2 二维参数极值分布模型很优拟合检验 265
    11.5.3 基于二维参数极值的PIO科目试飞风险概率 268
    11.5.4 不同易感性参数下PIO科目试飞风险概率 269
    11.6 本章小结 269
    第 12 章PIO抑制方法地面飞行模拟验证研究 271
    12.1 飞机飞行模拟与飞行模拟器概述 271
    12.2 地面飞行模拟器 273
    12.2.1 地面飞行模拟器基本原理 273
    12.2.2 地面飞行模拟器结构及组成 275
    12.2.3 地面飞行模拟器主要模拟系统 276
    12.3 地面飞行模拟实验 280
    12.3.1 驾驶员评估 280
    12.3.2 实验计划 281
    12.3.3 实验结果 282
    12.4 本章小结 288
    参考文献 289