变质心飞行器动力学与集群控制

本书从动力学与控制角度出发，结合作者多年来在飞行器制导与控制领域的研究经验，对变质心控制技术在不同飞行器上的应用进行了较为全面的总结与归纳。其内容主要涉及变质心飞行器的构型设计、动力学建模与分析、控制机理分析、制导与控制律设计等，旨在使读者对这种新颖飞行器的控制特点、原理方法和发展方向等形成较为全面的认识。同时，本书借鉴了近几年控制理论的一些最新成果，并将其应用于变质心飞行器的协同制导控制算法设计中，其中包括基于仿生学的再入制导律、基于角度刚性理论的协同控制、基于博弈理论的系统控制等。
全书共5章。第1章为绪论，系统地概述了变质心控制技术的概念及应用，介绍了国内外关于变质心飞行器动力学与控制的发展现状和趋势；第2章介绍了不同变质心飞行器的构型配置及其对应的控制方式，基于牛顿力学建立了不同构型的动力学模型；第3章阐述了不同类型变质心飞行器的控制机理，并利用线性系统理论和非线性力学分析了变质心飞行器的动力学行为；第4章介绍了变质心飞行器的姿态控制方法，包括姿态／滑块的耦合控制、多通道耦合控制和姿态协同控制；第5章介绍了变质心飞行器制导及协同编队控制方法，包括高超声速变质心飞行器再入制导律、变质心航天器协同编队控制等。

第1章 绪论
1.1 变质心控制技术
1.1.1 变质心控制在空间飞行器中的应用
1.1.2 变质心控制在高超声速飞行器中的应用
1.1.3 变质心控制在无人机中的应用
1.2 变质心飞行器滑块布局
1.3 变质心飞行器的动力学分析
1.4 变质心飞行器控制方法
1.5 变质心控制技术的问题
第2章 变质心飞行器系统描述
2.1 俯控式变质心飞行器系统描述
2.1.1 俯控式变质心飞行器构型及参数
2.1.2 坐标系统描述
2.1.3 数学符号定义和说明
2.2 俯控式单滑块变质心飞行器动力学模型
2.2.1 作用在飞行器上的力和力矩
2.2.2 动力学方程
2.2.3 运动学方程
2.2.4 不同构型比较
2.3 滚控式单滑块变质心飞行器系统描述
2.4 滚控式单滑块变质心飞行器动力学模型
2.4.1 系统质心动力学方程
2.4.2 滑块动力学方程
2.5 三轴稳定变质心航天器系统描述
2.5.1 变质心航天器构型及参数
2.5.2 坐标系统描述
2.5.3 相关符号说明
2.6 变质心航天器姿态动力学模型
2.6.1 作用在航天器上的力与力矩
2.6.2 变质心航天器姿态模型
第3章 变质心飞行器控制机理与动力学分析
3.1 俯控式变质心飞行器控制机理分析
3.1.1 稳定性分析
3.1.2 控制性能分析
3.1.3 动态特性分析
3.2 滚控式变质心飞行器控制机理分析
3.2.1 俯仰和偏航运动分析
3.2.2 滚转运动分析
3.2.3 控制力矩分析
3.3 变质心航天器控制机理分析
3.3.1 线性化定量分析
3.3.2 大角度机动定量分析
3.4 非线性振动分析
3.4.1 非线性系统共振分析方法
3.4.2 共振条件分析
3.4.3 内共振情况下的定常解
3.4.4 数值仿真
3.5 俯仰姿态平衡状态及系统稳定性
3.5.1 分岔理论
3.5.2 平衡点求解
3.5.3 基于李雅普诺夫间接法的稳定性判定
3.6 平衡分岔分析
3.6.1 单参数平衡分支分岔分析
3.6.2 双参数平衡分支分岔分析
3.6.3 气动及质量参数扰动下的分岔特性
3.7 闭环系统分岔特性分析
3.7.1 以质量比为分岔参数
3.7.2 以指令攻角为分岔参数
3.7.3 极限环分支分岔分析
第4章 变质心飞行器姿态／滑块耦合控制及协同控制方法
4.1 滑块参数设计及控制问题描述
4.1.1 滑块参数设计
4.1.2 控制模型及耦合分析
4.1.3 浸入与不变流形理论
4.2 俯仰通道双回路控制器设计
4.2.1 双回路控制思路
4.2.2 姿态跟踪控制回路设计
4.2.3 滑块位置伺服回路控制器设计
4.2.4 自适应参数估计
4.2.5 数值仿真
4.3 俯仰通道姿态／伺服一体化自适应控制
4.3.1 一体化控制模型
4.3.2 一体化控制器设计
4.3.3 自适应参数估计
4.3.4 数值仿真
4.4 变质心飞行器多通道耦合控制
4.4.1 多通道控制模型
4.4.2 多通道耦合控制器设计
4.4.3 自适应参数估计
4.4.4 数值仿真
4.5 变质心航天器姿态控制
4.5.1 基于李雅普诺夫函数的控制器设计
4.5.2 数值仿真
4.6 变质心航天器姿态协同控制
4.6.1 协同姿态模型
4.6.2 姿态协同控制律设计
4.6.3 数值仿真
第5章 变质心飞行器制导及协同编队控制方法
5.1 基于运动伪装理论的末制导律设计
5.1.1 双二阶相对运动模型
5.1.2 运动伪装理论
5.1.3 末制导律设计
5.1.4 数值仿真
5.1.5 制导控制性能分析
5.2 基于气动阻力的变质心航天器串联编队控制
5.2.1 编队构型控制分析
5.2.2 差分气动阻力作用下的系统可控性分析
5.2.3 串联编队控制器设计
5.2.4 数值仿真
5.3 基于角度信息的航天器编队控制
5.3.1 基于角度信息的编队问题描述
5.3.2 三角构型编队控制
5.3.3 正方形构型编队控制
5.3.4 数值仿真
5.4 基于博弈理论的分布式鲁棒编队控制
5.4.1 编队控制问题描述
5.4.2 基于开环纳什博弈的抗扰编队控制
5.4.3 数值仿真
参考文献
索引