運動體控制系統(tǒng)

內(nèi)容概要

運動體控制系統(tǒng)研究人造運動體，如飛機、船舶、汽車等的一般運動規(guī)律以及操縱其運動的控制系統(tǒng)的組成、工作原理和控制方法，是自動控制原理在人造運動體裝置及系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。    本教材簡要地介紹了描述運動體運動規(guī)律所需的理論力學(xué)、流體力學(xué)基礎(chǔ)知識，描述運動體運動的坐標(biāo)系、常用變量及作用于運動體的常見干擾，操縱運動體運動的控制裝置及運動狀態(tài)的測量，空中運動體的縱向控制系統(tǒng)和水面運動體的航向控制系統(tǒng)，以及幾類航天器的控制系統(tǒng)。全書共分10章，每章后配有一定數(shù)量的習(xí)題及思考題。    本教材可供自動化專業(yè)高年級本科生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課或?qū)I(yè)選修課使用，也可供控制理論與控制工程學(xué)科的研究生作為學(xué)習(xí)參考。

作者簡介

史震，1961年生，黑龍江寶清人，工學(xué)博士，哈爾濱工程大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師?！稇?zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù)》編委，黑龍江省自動化學(xué)會常務(wù)理事。主要從事自動控制理論與應(yīng)用、導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等方面的教學(xué)與科研工作。出版教材3部和專著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。

書籍目錄

第1章  概述  1.1  運動體的概念  1.2  研究運動體運動與控制的實際意義  1.3  運動體控制問題的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀    1.3.1  飛行器操縱控制的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀    1.3.2  船舶操縱控制的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀    1.3.3  車輛操縱控制的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀  習(xí)題與思考題第2章  物理基礎(chǔ)  2.1  相關(guān)理論力學(xué)基礎(chǔ)  2.2  相關(guān)流體力學(xué)基礎(chǔ)  2.3  平面進行波  2.4  隨機海浪    2.4.1  隨機海浪概述    2.4.2  隨機海浪的統(tǒng)計特性和譜分析  2.5  海流  2.6  海風(fēng)和海風(fēng)的譜分析  習(xí)題與思考題第3章  運動及其描述  3.1  常用坐標(biāo)系  3.2  飛行力學(xué)變量    3.2.1  飛行器相對地面姿態(tài)的確定    3.2.2  航跡速度矢量的確定    3.2.3  空氣動力學(xué)變量的確定    3.2.4  描述風(fēng)影響的角度    3.2.5  速度方程    3.2.6  轉(zhuǎn)動角速度方程    3.2.7  操縱偏角  3.3  確定飛行器位置的變量  3.4  航行力學(xué)變量    3.4.1  地面坐標(biāo)系（靜坐標(biāo)系）    3.4.2  船體坐標(biāo)系（動坐標(biāo)系）    3.4.3  水中運動體航行力學(xué)變量    3.4.4  確定航行體位置的變量  3.5  運動體的運動方程    3.5.1  運動學(xué)方程    3.5.2  動力學(xué)方程式    3.5.3  質(zhì)量變化方程    3.5.4  控制方程    3.5.5  可控制運動軌跡方程組  習(xí)題與思考題第4章  運動體受到的擾動  4.1  海浪、風(fēng)及海流對海洋運動體的擾動    4.1.1  海洋運動體在波浪中的航行    4.1.2  海浪作用于海洋運動體的擾動力和擾動力矩    4.1.3  風(fēng)和海流對海洋運動體的擾動力和擾動力矩  4.2  利用MATLAB對海浪的仿真    4.2.1  海浪的基本特性與數(shù)學(xué)描述    4.2.2  海浪波能譜    4.2.3  海浪的數(shù)字仿真  4.3  風(fēng)對空中運動體的擾動  4.4  陸地運動體受到的擾動    4.4.1  車輛的轉(zhuǎn)向特性    4.4.2  作用于質(zhì)心的側(cè)向力引起的運動    4.4.3  側(cè)風(fēng)引起的車輛運動  習(xí)題與思考題第5章  運動體運動控制裝置  5.1  運動體運動控制裝置概述  5.2  舵和鰭的水動力特性    5.2.1  舵和舵的水動力特性    5.2.2  鰭和鰭的水動力特性  5.3  螺旋槳及其水動力特性    5.3.1  螺旋槳產(chǎn)生的升力計算    5.3.2  敞水螺旋槳特性    5.3.3  在非均勻流體中的螺旋槳性能    5.3.4  螺旋槳的動量定理    5.3.5  螺旋槳的推力減額  5.4  舵和翼的氣動力特性  5.5  推力矢量控制裝置    5.5.1  推力矢量控制在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈中的應(yīng)用    5.5.2  推力矢量控制的實現(xiàn)方法    5.5.3  推力矢量控制系統(tǒng)的性能描述  習(xí)題與思考題第6章  運動狀態(tài)的測量  6.1  狀態(tài)變量和輸出變量的可測量性  6.2  水動力學(xué)量    6.2.1  作用于海洋運動體微元上的速度和加速度    6.2.2  作用于海洋運動體的力和力矩  6.3  空氣動力學(xué)量    6.3.1  飛行高度的測量    6.3.2  空速與馬赫數(shù)的測量    6.3.3  迎角和側(cè)滑角的測量    6.3.4  大氣數(shù)據(jù)計算機  6.4  慣性量    6.4.1  線加速度傳感器    6.4.2  陀螺儀  6.5  方位測量    6.5.1  航向陀螺儀    6.5.2  陀螺磁羅盤  6.6  位置測量    6.6.1  定位    6.6.2  無線電測高和雷達(dá)測高    6.6.3  無線電測距    6.6.4  衛(wèi)星定位  6.7  導(dǎo)航定位    6.7.1  導(dǎo)航系統(tǒng)概述    6.7.2  慣性導(dǎo)航系統(tǒng)  習(xí)題與思考題第7章  空中運動體的縱向運動控制  7.1  空中運動體的縱向運動模型    7.1.1  彈體運動方程簡化研究方法    7.1.2  彈體運動方程的簡化    7.1.3  彈體縱向短周期擾動運動模型  7.2  空中運動體的動力學(xué)分析    7.2.1  彈體縱向運動傳遞函數(shù)    7.2.2  彈體縱向運動動態(tài)特性分析    7.2.3  干擾作用下彈體縱向運動分析  7.3  空中運動體縱向運動控制原理    7.3.1  導(dǎo)彈的縱向控制原理    7.3.2  導(dǎo)彈的縱向氣動力控制實現(xiàn)  7.4  導(dǎo)彈縱向運動的穩(wěn)定與控制    7.4.1  概述    7.4.2  俯仰角的自動穩(wěn)定與控制    7.4.3  彈體縱向姿態(tài)運動的無靜差的控制    7.4.4  飛行軌跡的穩(wěn)定與控制  7.5  導(dǎo)彈縱向控制系統(tǒng)及其設(shè)計    7.5.1  俯仰角穩(wěn)定控制系統(tǒng)的組成    7.5.2  俯仰角穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析與設(shè)計  7.6  利用MATLAB對導(dǎo)彈縱向運動仿真    7.6.1  基于MATLAB的俯仰角穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析    7.6.2  利用MATLAB實現(xiàn)導(dǎo)彈縱向運動仿真過程  習(xí)題與思考題第8章  水面運動體航向運動控制  8.1  水面運動體航向運動模型    8.1.1  水面運動體操縱運動的線性化模型    8.1.2  船舶操縱運動非線性模型  8.2  水面運動體動力學(xué)分析  8.3  水面運動體航向運動控制原理  8.4  水面運動體運動航跡控制    8.4.1  船舶數(shù)學(xué)模型    8.4.2  作用于系統(tǒng)的干擾    8.4.3  航跡跟蹤的控制策略  8.5  艦船航向控制系統(tǒng)及其設(shè)計    8.5.1  隨動舵控制系統(tǒng)及其設(shè)計    8.5.2  航向控制自動舵控制系統(tǒng)及其設(shè)計  8.6  利用MATLAB對船舶航向運動仿真  習(xí)題與思考題第9章  車輛的運動與操縱  9.1  車輛的定義  9.2  期望的車輛特性  9.3  車輛力學(xué)術(shù)語  9.4  基本操縱模型    9.4.1  作用于車輛的外力與外力矩    9.4.2  基本操縱模型假設(shè)  9.5  車輛的運動方程式    9.5.1  在車輛固定坐標(biāo)系中的運動方程式    9.5.2  在地面固定坐標(biāo)系中的運動方程式  習(xí)題與思考題第10章  航天器飛行控制簡介  10.1  航天器控制系統(tǒng)    10.1.1  航天器    10.1.2  航天器控制系統(tǒng)的任務(wù)    10.1.3  航天器控制系統(tǒng)的構(gòu)成    10.1.4  航天器控制系統(tǒng)采用的控制模式  10.2  載人飛船的控制技術(shù)    10.2.1  載人飛船的結(jié)構(gòu)組成    10.2.2  載人飛船的制導(dǎo)與控制    10.2.3  載人飛船的再入返回控制  10.3  航天飛機的制導(dǎo)與控制    10.3.1  航天飛機的結(jié)構(gòu)組成    10.3.2  航天飛機的控制系統(tǒng)    10.3.3  航天飛機的飛行控制  10.4  空間站的控制技術(shù)    10.4.1  空間站的概念和組成    10.4.2  空間站的用途  習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 概述　　1.1　運動體的概念　　所謂運動體，顧名思義就是指運動的物體。然而，我們知道，世間萬物均處于永恒的運動之中，換句話說，沒有靜止不運動的物體。運動是絕對的，靜止是相對的。這本教材不可能研究所有的運動體，這就需要給本書所研究的運動體一個定義和界定?！　”緯傅倪\動體，是指人造的或非自然的、相對于地球有運動的、具有某種用途或能完成某種任務(wù)的系統(tǒng)或裝置。　　這里，“人造的或非自然的”是指經(jīng)人類設(shè)計、加工、制造而成的（如汽車、飛機），而不是自然形成的（如太陽、月球等，當(dāng)然也不包括各種生物）?！　　跋鄬τ诘厍蛴羞\動的”是指必須具有相對于地球的運動的物體。因為人類觀察者一般是站在地球上觀察物體的運動的，故這里所說的運動主要是指相對于地球的運動。有些物體雖然在運動，但如果它相對于地球是靜止的，也不在本書的考慮范圍。　　“具有某種用途或能完成某種任務(wù)的系統(tǒng)或裝置”是指，既然是人造的系統(tǒng)或裝置，一定是出于某種目的，或使之能完成某種任務(wù)。一般來說，能完成的這個“某種任務(wù)”，不是一個簡單的輕松的任務(wù)，而完成這樣一個不簡單的任務(wù)也就不是一個簡單的工具能夠勝任的。一所以能完成這個“某種任務(wù)”的一定是一套復(fù)雜或較復(fù)雜的系統(tǒng)或裝置?！　∵@類運動體的運動可以在空中，還可以在地面、水面，也可以在水下。舉例來說，在空中運動的有飛機、導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、載人飛船、航天飛機、航天站、空間探測器；在地面、水面上運動的有汽車、火車、坦克、各種艦船、汽艇等；在水下運動的有潛艇、魚雷、水下機器人等?！　”M管上面對運動體有了一個界定，本書還是不能面面俱到。

編輯推薦

　　根據(jù)教育部“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的培養(yǎng)原則，《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材：運動體控制系統(tǒng)》提出運動體概念，以涵蓋導(dǎo)彈、飛機、艦船等具體運動體對象，是一部更為通用的運動體控制方面的教材。 將空中運動體（包括導(dǎo)彈、飛機等）和水中運動體（包括艦船、潛艇等）的控制系統(tǒng)內(nèi)容整合在同一本教材里，通過介紹不同介質(zhì)中運動體運動與控制系統(tǒng)的共性與個性、相同點與不同點，可以使學(xué)生更深入地了解運動體控制系統(tǒng)最本質(zhì)、最基礎(chǔ)的內(nèi)容。 本教材將基本內(nèi)容、綜合性較強的性能分析計算內(nèi)容和進一步深入討論內(nèi)容相結(jié)合，課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)相結(jié)合，理論教學(xué)與實踐、課程設(shè)計相結(jié)合，講授與課堂討論相結(jié)合，并輔以多媒體課件加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。

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