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第1章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.1.1 研究背景1

1.1.2 研究目的与意义4

1.2 多操纵面控制分配技术综述6

1.2.1 多操纵面控制分配技术的发展历程6

1.2.2 常见飞行器操纵面的配置情况9

1.2.3 线性过驱动系统分配方法的研究现状12

1.2.4 控制分配研究的新进展与应用20

第2章 多操纵面飞机的数学模型25

2.1 多操纵面飞机的运动方程25

2.2 推力矢量机构27

2.2.1 推力矢量偏转角的定义28

2.2.2 推力矢量产生力和力矩的计算28

2.3 多操纵面飞机控制分配问题的描述30

2.4 Admire飞机模型32

2.4.1 Admire模型介绍32

2.4.2 Admire配平与线性化35

2.5 多操纵面布局飞机控制-分配系统结构分析37

2.6 多操纵面布局飞机过驱动系统数学模型的提取38

2.6.1 根据气动力矩计算式提取控制效能矩阵39

2.6.2 根据线性化小扰动方程提取控制效能矩阵40

第3章 转矩可达集的求解42

3.1 二维转矩可达集求解42

3.2 三维转矩可达集求解44

3.3 奇异分配系统转矩可达集求解48

3.3.1 Ⅱ型奇异分配系统的AMS构成分析49

3.3.2 Ⅱ型奇异分配系统的AMS求解50

3.3.3 Ⅰ型奇异分配系统的AMS求解52

第4章 广义逆类分配方法研究55

4.1 伪逆法与加权伪逆法55

4.1.1 伪逆法55

4.1.2 加权伪逆法56

4.2 广义逆类分配方法的局限性58

4.2.1 伪逆法和加权伪逆法转矩可达集求解59

4.2.2 三种分配方法转矩可达集的求解算例60

4.3 再分配伪逆法与串接链分配法63

4.3.1 再分配伪逆法63

4.3.2 串接链分配法64

4.4 非凸广义逆类分配方法转矩可达集求解65

4.4.1 求解思路65

4.4.2 再分配伪逆法与串接链法转矩可达集的求解算例66

4.5 基于广义逆类分配法的飞行控制系统设计69

4.5.1 控制分配的工程化设计69

4.5.2 仿真分析70

第5章 基于遗传算法的广义逆阵优化设计76

5.1 遗传算法等启发式算法简介76

5.1.1 启发式优化算法研究概况76

5.1.2 遗传算法的基本概念及操作79

5.2 基于小生境遗传算法的分配阵优化设计80

5.2.1 问题描述81

5.2.2 基于小生境遗传算法的广义逆阵优化82

5.2.3 仿真算例84

5.3 基于小生境遗传算法的加权伪逆阵优化设计86

5.3.1 基于小生境遗传算法的加权伪逆优化86

5.3.2 仿真算例86

5.3.3 优化结果的应用推广88

5.4 基于遗传算法的广义逆阵裁剪设计90

5.4.1 广义逆的定向裁剪91

5.4.2 广义逆的定区域裁剪92

5.4.3 仿真算例94

第6章 几何类分配方法97

6.1 直接几何法97

6.1.1 受限分配问题凸包络的求解98

6.1.2 控制变量的求解100

6.1.3 算例分析101

6.2 面搜索算法104

6.2.1 转矩可达集的求解104

6.2.2 对于指向面的搜索104

6.2.3 算例分析105

6.3 基于力矩旋转的搜索分配算法106

6.3.1 基于力矩旋转的搜索分配算法原理106

6.3.2 算例分析109

第7章 基于数学规划的分配方法研究112

7.1 基于线性规划的控制分配问题研究112

7.1.1 线性规划法及其算法描述112

7.1.2 仿真分析115

7.2 基于序列线性规划的非线性分配求解117

7.2.1 序列线性规划的理论基础与算法描述117

7.2.2 仿真分析121

7.2.3 两类规划算法的比较122

7.3 基于MDDIFXP的二次规划分配算法124

7.3.1 基本不动点迭代的二次规划方法124

7.3.2 基于MDDIFXP的二次规划分配算法原理125

7.3.3 仿真分析127

第8章 基于智能优化算法的分配方法研究130

8.1 基于粒子群寻优算法的控制分配问题研究130

8.1.1 粒子群算法的理论基础与算法描述130

8.1.2 仿真分析131

8.2 基于多种群遗传算法的控制分配问题研究134

8.2.1 多种群遗传算法的理论基础与算法描述134

8.2.2 建模与仿真分析136

8.3 基于鱼群算法的控制分配问题研究139

8.3.1 鱼群算法的理论基础与算法描述139

8.3.2 建模与仿真分析142

第9章 操纵面偏转角与三轴力矩系数关系的气动分析146

9.1 F-18战斗机力矩系数-操纵面偏转角拟合关系146

9.2 力矩系数-操纵面偏转角的单调非线性特性148

9.2.1 单调非线性特性分析与求解148

9.2.2 仿真分析150

9.3 力矩系数-操纵面偏转角的非单调非线性特性152

9.3.1 非单调非线性特性分析与求解152

9.3.2 仿真分析153

9.4 力矩系数-操纵面偏转角的耦合非线性特性155

9.4.1 耦合非线性特性分析与求解155

9.4.2 算例分析157

第10章 多操纵面的分配与管理方案设计159

10.1 基于飞行任务的多操纵面分配管理方案159

10.2 基于线性规划的多操纵面分配算法164

10.2.1 基于线性规划的直接分配算法164

10.2.2 仿真分析165

10.3 基于线性规划的多操纵面分配管理方案167

10.3.1 多步线性规划实现控制分配管理167

10.3.2 控制分配管理的设计与实现169

10.3.3 分配管理的验证分析176

10.4 基于转矩可达集的多操纵面分配管理方案179

10.4.1 基于转矩可达集的多操纵面分配方案179

10.4.2 仿真分析182

第11章 基于多操纵面的重构控制系统设计185

11.1 重构控制185

11.1.1 重构控制概述185

11.1.2 模块化控制分配设计概述187

11.2 基于多操纵面的重构控制188

11.2.1 多操纵面重构控制的基本原理188

11.2.2 控制分配进行重构的条件189

11.3 多操纵面重构控制设计190

11.3.1 操纵面卡死时分配律的设计190

11.3.2 操纵面松浮时分配律的设计191

11.3.3 操纵面损伤时分配律的设计191

11.4 多操纵面重构控制仿真及分析192

11.4.1 操纵面卡死192

11.4.2 操纵面松浮193

11.4.3 操纵面损伤195

第12章 推力矢量飞机超机动控制律设计198

12.1 推力矢量技术概况198

12.1.1 推力矢量技术及其特点198

12.1.2 推力矢量装置喷管的结构类型199

12.2 推力矢量飞机模型及非线性动态逆控制方法简介200

12.2.1 推力矢量飞机模型简介200

12.2.2 非线性动态逆方法203

12.3 非线性动态逆快回路及较慢回路控制律设计与仿真206

12.3.1 快回路控制律构成及仿真206

12.3.2 较慢回路控制律构成及仿真209

12.4 两类超机动动作的仿真215

12.4.1 “眼镜蛇”机动仿真215

12.4.2 “矢量滚筒”机动仿真217

12.5 控制分配技术与非线性动态逆的联系（快回路）219

第13章 推力矢量与气动操纵面的协调控制222

13.1 传统控制分配理论在矢量飞机上的应用222

13.1.1 广义逆类控制分配方法运用223

13.1.2 数学规划类控制分配方法运用226

13.1.3 几何类控制分配方法运用227

13.2 气动操纵面与矢量操纵面的分配与管理方案229

13.2.1 基于飞行任务的矢量飞机分配管理方案229

13.2.2 基于关键飞行状态（迎角）切换的矢量飞机分配管理方案233

13.2.3 基于基排序方法的矢量飞机分配管理方案235

第14章 无尾飞翼布局飞机的控制分配系统设计239

14.1 研究对象简介239

14.2 无尾飞翼飞机气动特性分析240

14.2.1 纵向基本特性240

14.2.2 横侧向基本特性241

14.2.3 舵面操纵效率分析242

14.3 无尾飞翼多操纵面飞机AMS求解248

14.4 无尾飞翼飞机多操纵面控制分配系统设计249

14.4.1 飞行控制律设计249

14.4.2 基于伪逆法的分配律设计250

14.4.3 基于加权伪逆法的分配律设计252

14.4.4 基于不动点迭代法的分配律设计256

14.4.5 基于SQP-CT的分配律设计258

14.4.6 算法的分配效率对比260

14.5 多操纵面控制分配系统品质评价260

14.5.1 传统评价指标计算261

14.5.2 基于最大稳定角速率的品质评价方法262

14.5.3 仿真分析263

附录Ⅰ 无尾飞翼多操纵面无人机（方案A）267

附录Ⅱ 无尾飞翼多操纵面无人机（方案B）268

附录Ⅲ 无尾飞翼多操纵面无人机线性模型（方案B）269

参考文献271