飞机控制与仿真：第2版

第1章 飞机运动学和动力学
1．1 引言
1．2 矢量运动学
1．3 运动学矩阵分析
1．4 测地学、地球重力及地文导航
1．5 刚体动力学
1．6 小结

第2章 飞机建模
2．1 引言
2．2 空气动力学基础
2．3 飞机的力和力矩
2．4 静态分析
2．5 非线性飞机模型
2．6 线性模型和稳定性导数
2．7 小结

第3章 建模、设计和仿真工具
3．1 引言
3．2 状态空间模型
3．3 传递函数模型
3．4 状态方程的数值解
3．5 飞机仿真模型
3．6 稳定状态飞行
3．7 数值线化
3．8 飞机动力学特性
3．9 反馈控制
3．10 小结

第4章 飞机动力学与经典控制设计
4．1 引言
4．2 飞机刚体模态
4．3 操纵品质要求
4．4 增稳
4．5 控制增稳系统
4．6 自动驾驶仪
4．7 非线性仿真
4．8 小结

第5章 现代设计技术
5．1 引言
5．2 闭环动力学的配置
5．3 带输出反馈的线性二次调节器
5．4 指令跟踪
5．5 修正性能指标
5．6 模型跟随设计
5．7 全状态反馈的线性二次型设计
5．8 动态逆设计
5．9 小结

第6章 鲁棒性及多变量频域技术
6．1 引言
6．2 多变量频域分析
6．3 鲁棒输出反馈设计
6．4 观测器和卡尔曼滤波器
6．5 线性二次型高斯／回路传递恢复
6．6 小结

第7章 数值控制
7．1 引言
7．2 数字控制器仿真
7．3 连续控制器的离散化
7．4 修正连续设计
7．5 实现问题
7．6 小结
附录A F-16飞机模型
附录B 软件
B1 飞机稳态配平程序
B2 数字线化子程序
B3 龙格一库塔积分
B4 输出反馈设计

本书主要针对航空工程专业高年级或研究生水平的学生而编写。同时，我们也希望本书对于从事具体工作的工程技术人员有所帮助，可以作为他们的参考资料，也可以用作工程教育的教材。
　　论述航空器仿真之前，为了描述清晰和统一起见，我们回顾经典力学的有关内容，结合对六自由度运动的透彻论述，详细讨论用欧拉角和四元数法来表达飞行器的飞行姿态。模拟在地球上空或围绕地球的运动，需要了解大地测量学和地球引力，对于这些专题，在WGS – 84数据构架上进行详细介绍。从事航空工业的工程师必须掌握这些内容。具备了这方面背景知识的学生，就可以独立进行六自由度运动仿真，并从中学到知识。
　　在地球大气层中高速运动会受到空气动力和力矩的影响。我们对气动力模型进行回顾，提供了真实飞机气动力和力矩的许多生动示例。同时还对气动力和力矩的小扰动理论进行了详细介绍。本书通过对六自由度运动和空气动力影响的研究，终建立了两个飞机真实的非线性模型，作为后续设计与仿真的例题。
　　根据这些模型，我们给出了利用MATLAB和Fortran语言编写的用以进行仿真和设计的计算机程序。通过建模和设计软件包来说明在仿真、控制理论、计算机辅助设计技术，以及数值计算方法方面的许多理念。这些设计例题很容易扩展，以适用于各类学者。
　　在进行反馈控制设计之前，我们回顾了线性系统理论，包括拉普拉斯变换、传递函数，以及状态空间表达方式。传递理论通过考察极点和零点来研究动态系统，有许多方便的图形化设计方法和根轨迹设计技术，而状态空间技术非常适用于计算机辅助设计，我们试图在这两种表达方式之间实现“无缝”过渡。
　　我们基于飞机状态空间模型，应用转换域技术，通过许多例题对经典传统控制设计进行说明。在之后几章里，直接使用状态空间模型进行现代控制设计。
　　后，我们注意到，本书所选择的专题受到我们在制导、导航与控制领域经验的影响。航空工业工程师中从事飞行控制系统设计的人很少，而从事此项设计为数不多的工程师在其职业生涯中也只能设计两三个飞行控制系统。相反，他们会参与其他许多项目，在这些项目中，对经典力学、动力学、坐标转换、大地测量学，以及导航技术的掌握非常重要。建模和模拟的重要性不管多么强调都不为过，毕竟在硬件建设之前，建立数学模型和数字仿真要花费大量经费。
　　本书的作者想要感谢佐治亚理工学院航空工程的同仁们的无私帮助，感谢教务长查尔斯．L．利奥塔、J．V．R．普拉萨德教授及E．N．约翰逊阅读手稿，并提出了非常有用的建设性建议。C．V．史密斯提供了大量的帮助，在第1章中，C．V．史密斯教授花费了大量的时间与我们进行有意义的讨论。同时也感谢佐治亚理工学院B．H．哈德森提供了计算机支持。两位作者感谢约翰·威利逊（ John Wiley&Sons）公司员工的辛勤工作。