小型无人直升机线性与非线性控制

第1章 引言 1

1.1 背景信息 1

1.2 相关数学问题 3

1.3 控制器设计 5

1.3.1 线性控制器设计 6

1.3.2 非线性控制器设计 7

1.4 本书纲要 8

第2章 线性和非线性控制器设计回顾 10

2.1 线性控制器设计 10

2.2 非线性控制器设计 14

2.3 评述 15

第3章 直升机基本运动方程 16

3.1 直升机运动方程 16

3.2 直升机的位置与朝向 19

3.2.1 直升机位置动力学 20

3.2.2 直升机朝向动力学 22

3.3 完整直升机动力学 23

3.4 评述 24

第4章 简化的旋翼动力学 26

4.1 引言 26

4.2 桨叶运动 27

4.3 倾斜器 28

4.4 基本旋翼空气动力学 30

4.5 挥舞运动方程 33

4.6 旋翼桨尖轨迹平面（TPP）方程 35

4.7 一阶TPP方程 36

4.8 主旋翼力和力矩 37

4.9 评述 38

第5章 频域系统识别 39

5.1 数学建模 39

5.1.1 第一性原理建模 39

5.1.2 系统识别建模 40

5.2 频域系统识别 40

5.3 频域识别的优点 41

5.4 直升机识别挑战 42

5.5 频率响应和相干函数 42

5.6 CIFER？程序包 44

5.7 激励输入设计 45

5.8 运动方程线性化 46

5.9 稳定性与控制导数 48

5.10 模型识别 48

5.10.1 实验平台 49

5.10.2 参数化状态空间模型 50

5.10.3 识别过程 52

5.10.4 时域验证 57

5.11 评述 60

第6章 小型无人直升机线性跟踪控制器设计 61

6.1 直升机线性模型 61

6.2 线性控制器设计概要 63

6.3 分解系统 65

6.4 速度和航向跟踪控制器设计 68

6.4.1 横向—纵向动力学 68

6.4.2 偏航—升降动力学 73

6.4.3 完整系统误差动力学的稳定性 76

6.5 位置和航向跟踪 77

6.6 PID控制器设计 82

6.7 实验结果 83

6.8 评述 86

第7章 无人直升机非线性跟踪控制器设计 87

7.1 引言 87

7.2 直升机非线性模型 88

7.2.1 刚体动力学 88

7.2.2 外部力旋量模型 89

7.2.3 完整刚体动力学 91

7.3 平移误差动力学 92

7.4 姿态误差动力学 96

7.4.1 偏航误差动力学 96

7.4.2 朝向误差动力学 96

7.4.3 角速度误差动力学 97

7.5 姿态误差动力学的稳定性 97

7.6 平移误差动力学的稳定性 103

7.7 数值仿真结果 108

7.8 评述 116

第8章 基于时域参数估计的小型无人直升机离散非线性控制 118

8.1 概述 118

8.2 离散系统动力学 119

8.3 离散反步算法 120

8.3.1 角速度动态特性 120

8.3.2 平移动力学 121

8.3.3 偏航角动力学 122

8.4 基于递归最小二乘法的参数估计 124

8.5 参数模型 125

8.6 实验结果 125

8.6.1 时间历程数据和激励输入 125

8.6.2 模型验证 126

8.6.3 控制器设计 127

8.7 评述 130

第9章 基于模糊模型的小型无人控制直升机时域辨识算法 131

9.1 引言 131

9.2 T-S模糊模型 131

9.3 提出的直升机T-S模糊系统 133

9.4 实验结果 133

9.4.1 隶属函数的参数调整 134

9.4.2 模型验证 134

第10章 比较研究 137

10.1 控制器设计小结 137

10.2 实验结果 137

10.3 第一种机动动作：前飞 138

10.4 第二种机动动作：加速前飞 141

10.5 第三种机动动作：“8”字形轨迹飞行 145

10.6 第四种机动动作：盘旋上升 148

10.7 评述 152

第11章 结束语 154

11.1 引言 154

11.2 控制器设计的优势和创新点 155

11.3 测试和实施 156

11.4 评述 156

原著附录 反步控制的基本原理 158

A.1 积分反步 158

A.2 递归反步设计实例 160

参考文献 163

译著附录 术语英汉对照 168