基于涵道式单旋翼的无人飞行器研究

目 录
第1章 涵道式无人飞行器概述\t1
1．1 涵道式无人飞行器的特点\t1
1．2 涵道式无人飞行器的工作原理\t2
1．3 涵道式无人飞行器的发展现状\t4
1．3．1 涵道式无人飞行器的国外发展现状\t4
1．3．2 涵道式无人飞行器的国内发展现状\t8
1．4 涵道式无人飞行器飞行控制技术研究现状\t9
第2章 坐标系及其变换\t12
2．1 常用坐标系\t12
2．1．1 本体坐标系\t12
2．1．2 地面坐标系\t13
2．1．3 速度坐标系\t13
2．1．4 航迹坐标系\t13
2．2 飞行器的运动参数\t13
2．2．1 飞行器的姿态角\t13
2．2．2 航迹角\t14
2．2．3 攻角与侧滑角\t14
2．3 坐标变换\t14
2．3．1 地面坐标系与本体坐标系间的变换\t14
2．3．2 本体坐标系与速度坐标系间的变换\t15
2．3．3 航迹坐标系与速度坐标系间的变换\t15
2．3．4 本体坐标系与航迹坐标系间的变换\t16
2．4 四元数法\t16
2．4．1 四元数的运算法则\t16
2．4．2 用四元数表示旋转\t18
2．4．3 用四元数表示坐标变换\t20
2．4．4 四元数与欧拉角的关系\t22
第3章 大气扰动\t24
3．1 大气的静态特性\t24
3．2 伯努利方程\t25
3．2．1 理想流体的运动微分方程\t25
3．2．2 理想流体的能量方程\t26
3．2．3 实际流体的能量方程\t26
3．3 气体的黏性\t27
3．3．1 质量守恒定律――连续方程\t28
3．3．2 动量守恒定律――运动方程\t29
3．3．3 能量守恒定律――黏性流体的能量方程\t33
3．4 压缩性\t37
3．5 大气的动态特性\t38
第4章 螺旋桨的气动理论\t40
4．1 叶素理论\t40
4．2 动量理论\t42
4．3 涡流理论\t44
第5章 舵面及涵道的空气动力学分析\t47
5．1 计算流体力学介绍\t47
5．2 理论基础\t48
5．2．1 复势函数及复速度\t48
5．2．2 典型复势\t50
5．2．3 空气动力学基本方程的建立\t53
5．2．4 计算空气动力学的基本方法\t56
5．3 面元法\t57
5．4 空气动力学模型的简化\t61
5．4．1 气体性质假设\t61
5．4．2 简化的流体力学模型\t62
5．5 舵面仿真分析\t63
5．5．1 舵的几何外形的计算\t63
5．5．2 舵的表面压力计算\t64
5．6 涵道的动力学分析\t66
5．6．1 涵道周围流场仿真\t67
5．6．2 涵道的简化分析\t69
第6章 涵道式无人飞行器数学模型\t72
6．1 基本假设\t72
6．2 非线性数学模型的建立\t72
6．3 小扰动线性化\t77
第7章 涵道式无人飞行器的飞控系统\t83
7．1 测量元件\t83
7．1．1 陀螺敏感器\t83
7．1．2 加速度传感器\t86
7．1．3 高度传感器\t87
7．2 GPS接收机\t88
7．3 遥控遥测和地面监测\t89
7．4 执行机构\t90
7．4．1 电液伺服阀和作动筒的工作原理\t90
7．4．2 位移传感器的工作原理\t92
第8章 飞行器姿态控制器设计\t93
8．1 不确定性的定义\t93
8．2 不确定性的来源\t94
8．3 状态反馈H∞控制器设计\t95
8．3．1 标准的H∞控制问题\t95
8．3．2 状态反馈H∞控制方法\t97
8．4 状态反馈H∞-D稳定性控制\t98
8．4．1 问题描述\t98
8．4．2 H∞-D稳定性分析\t99
8．4．3 H∞-D稳定状态反馈控制器设计\t103
8．4．4 飞行器姿态控制数值仿真研究\t109
8．5 输出反馈H∞-D稳定控制\t113
8．5．1 问题描述\t114
8．5．2 动态输出H∞-D稳定反馈控制器稳定性分析\t115
8．5．3 动态输出H∞-D稳定反馈控制器设计\t119
8．5．4 飞行器姿态控制数值仿真研究\t120
8．6 巡航状态下的姿态跟踪验证\t123
8．6．1 轨迹控制律设计\t123
8．6．2 仿真分析\t125
第9章 飞行器悬停状态鲁棒满意容错控制\t128
9．1 引言\t128
9．2 针对飞行器执行器故障的D稳定H∞鲁棒容错控制\t128
9．2．1 问题描述\t128
9．2．2 飞行器执行器故障时D稳定H∞鲁棒容错控制器设计\t130
9．2．3 执行器故障容错控制仿真研究\t132
9．3 针对飞行器传感器故障的D稳定H∞鲁棒容错控制\t137
9．3．1 问题描述\t137
9．3．2 飞行器传感器故障的D稳定H∞鲁棒容错控制设计\t138
9．3．3 传感器故障的容错控制仿真研究\t140
第10章 针对飞行器大角度机动的跟踪控制\t144
10．1 自适应滑模变结构控制的问题描述\t144
10．2 趋近律设计方法\t145
10．3 控制律设计\t146
10．4 稳定性分析\t148
10．5 姿态控制仿真结果\t148
第11章 多无人飞行器协同任务简介\t154
11．1 多无人飞行器协同任务的意义\t154
11．2 多无人飞行器协同任务的国内外研究成果\t154
参 考 文 献\t157