Stability and Control of Aircraft Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Langton, Roy

出品人:

页数:254

译者:

出版时间:2006-11

价格:1042.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780470018910

丛书系列:

图书标签:

航空动力学
飞行控制
飞机稳定性
航空工程
控制系统
气动特性
飞行器设计
航空航天
系统建模
纵向稳定性

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具体描述

In the current climate of increasing complexity and functional integration in all areas of engineering and technology, stability and control are becoming essential ingredients of engineering knowledge. Many of today’s products contain multiple engineering technologies, and what were once simple mechanical, hydraulic or pneumatic products now contain integrated electronics and sensors. Control theory reduces these widely varied technical components into their important dynamic characteristics, expressed as transfer functions, from which the subtleties of dynamic behaviours can be analyzed and understood. Stability and Control of Aircraft Systems is an easy-to-read and understand text that describes control theory using minimal mathematics. It focuses on simple rules, tools and methods for the analysis and testing of feedback control systems using real systems engineering design and development examples. Clarifies the design and development of feedback control systems Communicates the theory in an accessible manner that does not require the reader to have a strong mathematical background Illustrated throughout with figures and tables Stability and Control of Aircraft Systems provides both the seasoned engineer and the graduate with the know-how necessary to minimize problems with fielded systems in the area of operational performance.

好的，这是一本关于航空器系统稳定性和控制的图书简介，内容聚焦于该领域的核心概念、应用与挑战，但刻意避免提及您所提供的书名《Stability and Control of Aircraft Systems》。航空动力学与飞行器控制系统：原理、设计与先进技术一本书籍深度剖析现代飞行器设计、动力学行为分析及主动控制策略的综合性著作本书旨在为航空航天工程师、高级航空学专业学生以及飞行器设计与测试领域的专业人士，提供一套全面而深入的理论框架与实践指导，用以理解和掌握复杂航空器系统的稳定性和控制问题。不同于侧重于单一学科的传统教材，本书采取了一种跨学科的视角，将气动弹性力学、自动控制理论、先进传感器技术与实际飞行控制系统（FCS）的硬件实现紧密结合，构建起一个完整的现代飞行器控制体系图景。第一部分：飞行器动力学基础与建模本部分首先建立起分析飞行器稳定性和控制的基础——精确的动力学模型。 1.1 飞行器气动特性与效应分析详细阐述了低速、跨音速及高超音速等不同飞行包线下的气动导数获取方法。重点讨论了机翼、机身和尾翼在非对称流动、边界层分离和激波诱导下的复杂气动耦合效应。引入了非线性气动模型（如高阶泰勒展开模型和查找表模型）的构建方法，并特别分析了高升阻比构型（如倾转旋翼、翼身融合体）的气动不确定性对控制系统的挑战。 1.2 刚体与弹性体动力学建模内容涵盖了六自由度（6-DOF）刚体运动方程的推导过程，包括了对惯性坐标系与飞行器坐标系之间转换的严格数学处理。更进一步，本书深入探讨了气动弹性耦合（Aeroelastic Coupling）问题。通过模态分析和有限元方法（FEM），本书展示了如何将结构振动模式（如弯曲、扭转）与气动载荷的动态响应耦合起来，建立精确的气动弹性时域模型。这对于理解颤振（Flutter）和发散（Divergence）等关键稳定性边界至关重要。 1.3 系统不确定性与扰动建模在真实世界中，模型总是不完美的。本部分系统地分析了建模误差、参数不确定性、外部环境扰动（如阵风、湍流）以及执行器滞后等对系统动力学的影响。引入了鲁棒性分析中的“界限包络法”和“Monte Carlo”模拟方法，用以量化不确定性对稳定裕度的削弱程度。第二部分：经典与现代控制理论在飞行控制中的应用本部分将理论控制方法与飞行器特有的实时、高动态需求相结合。 2.1 经典控制理论回顾与局限性对PID控制器的设计、调谐（如Ziegler-Nichols法）及其在姿态保持和基本跟踪任务中的应用进行了回顾。重点分析了经典线性反馈控制系统在面对强非线性和多变量耦合时的固有局限性，尤其是在饱和与约束条件下性能的快速恶化。 2.2 线性二次高斯（LQG）与状态估计详细阐述了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在飞行状态估计中的核心地位，尤其是在存在测量噪声和过程噪声的情况下，如何提供最优的线性无偏估计。在此基础上，引入LQG控制器设计，平衡了性能指标（如跟踪误差）与控制能量消耗，是现代飞行控制系统设计的基础。 2.3 鲁棒控制理论针对模型不确定性和外部干扰，本书重点介绍了$H_{infty}$ 控制理论。通过将控制设计转化为一个标准的“$S-T$”耦合优化问题，展示了如何保证系统在规定性能范围内对不确定性具有严格的界限保证。此外，对$mu$-综合方法在处理结构化不确定性时的优势也进行了深入探讨。 2.4 非线性控制策略面对飞行器高速机动和复杂姿态变化带来的强非线性特性，本部分介绍了先进的非线性控制方法：反馈线性化 (Feedback Linearization)：如何通过坐标变换和状态反馈，在局部范围内将非线性系统转化为线性系统。滑模控制 (Sliding Mode Control, SMC)：强调其对参数变化和外部扰动的强大鲁棒性，并探讨了“抖振”现象的缓解技术。自适应控制：针对系统参数（如气动系数）随飞行状态实时变化的场景，介绍了基于Lattice结构或基于梯度下降的参数在线辨识与控制律更新机制。第三部分：先进飞行控制系统（FCS）集成与实现本部分关注如何将抽象的控制算法转化为可靠、可操作的硬件与软件系统。 3.1 传感器与执行器接口详述了惯性测量单元（IMU，包括加速度计和陀螺仪）、GPS/GNSS、大气数据系统（ADS）的工作原理及其误差特性。对电传操纵系统（Fly-By-Wire, FBW）中作动器的动态特性、带宽限制以及故障模式进行了深入分析，强调了冗余设计的重要性。 3.2 飞行控制律的层次化结构系统地阐述了现代FCS的经典三层架构： 1. 外环（任务级/轨迹跟踪）：负责参考轨迹的生成。 2. 中环（姿态/速率控制）：经典的内环控制器，确保快速、稳定的姿态响应。 3. 内环（力矩/舵面控制）：负责执行器饱和处理和直接力矩控制的接口。 3.3 故障诊断与容错控制（FD/FC）系统的安全性是首要前提。本章详细介绍了基于模型、基于信息和基于判据的故障检测方法。重点讲解了重构控制（Reconfiguration Control）技术，包括如何利用剩余的有效传感器和执行器资源，在检测到故障后，实时调整控制分配矩阵和控制律，以维持飞行器的基本可控性或可飞行性。 3.4 飞行品质与人机工程学讨论了国际标准对不同类别飞行器（如客机、战斗机）的飞行品质（Flying Qualities）要求（如响应时间、阻尼比等）。引入了主观评估方法（如Cooper-Harper量表）与客观性能指标之间的映射关系，确保控制系统不仅在数学上稳定，在人机交互上也令人满意。结论本书不仅提供了深厚的理论基础，更通过大量实例和案例分析，展示了理论如何指导解决真实的航空工程难题。从建立精确的动态模型，到设计高鲁棒性的控制律，再到集成复杂的容错架构，本书为读者提供了掌握下一代智能、安全飞行器系统的关键知识储备。