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第1章 引言1

1.1 标记法和基本定义1

1.2 控制系统3

1.2.1 线性跟踪系统6

1.2.2 线性时不变跟踪系统8

1.3 飞行器的制导与控制9

1.4 特殊跟踪律11

1.4.1 比例导引律11

1.4.2 向量乘积控制15

1.4.3 比例积分微分控制17

1.5 数字跟踪系统21

1.6 小结22

习题23

参考文献25

第2章 最优控制技术26

2.1 引言26

2.2 多变量最优化28

2.3 有约束条件下的最小化30

2.3.1 等式约束30

2.3.2 不等式约束33

2.4 动态系统的最优控制37

2.4.1 最优性条件38

2.5 Hamilton函数和最小值原理39

2.5.1 Hamilton-Jacobi-Bellman方程40

2.5.2 具有二次性能指标的线性时变系统41

2.6 具有终点状态等式约束的最优控制43

2.6.1 Euler-Lagrange方程44

2.6.2 特殊情况45

2.7 两点边界值问题的数值解法46

2.7.1 打靶法48

2.7.2 配置法50

2.8 具有内部时间约束的最优终端控制54

2.8.1 最优奇异控制55

2.9 跟踪控制56

2.9.1 邻近极值法和线性二次控制法57

2.10 随机过程61

2.10.1 稳态随机过程66

2.10.2 随机噪声滤波68

2.11 Kalman滤波器69

2.12 鲁棒线性时不变控制72

2.12.1 LQG/LTR方法73

2.12.2 H2/H∞设计方法80

2.13 小结87

习题88

参考文献91

第3章 飞机最优导航与控制方法92

3.1 导航对象92

3.1.1 风速和风向97

3.1.2 导航子系统99

3.2 飞机最优导航101

3.2.1 最优导航公式102

3.2.2 边界值问题的极值解：长距离飞行例子105

3.2.3 大圆航行111

3.3 飞机姿态动力学116

3.3.1 平移和转动的动力学117

3.3.2 相对于速度向量的姿态119

3.4 气动力与力矩120

3.5 纵向动力学123

3.5.1 纵向动力学对象125

3.6 最优多变量纵向控制128

3.7 多输入最优纵向控制129

3.8 最优空速控制131

3.8.1 LQR/LTR设计实例132

3.8.2 H∞设计实例142

3.8.3 高度和马赫数控制149

3.9 侧航向控制系统155

3.9.1 侧航向控制对象155

3.9.2 最优滚转控制158

3.9.3 多变量侧航向控制：航向保持自动驾驶仪161

3.10 惯性耦合飞机旋转的最优控制165

3.11 小结171

习题172

参考文献174

第4章 火箭最优制导175

4.1 引言175

4.2 拦截器的最优终端制导175

4.3 拦截器的非平面最优跟踪系统：3DPN181

4.4 垂直平面内飞行190

4.5 最优终端制导191

4.6 火箭垂直发射193

4.7 运载火箭的重力转弯轨迹198

4.7.1 发射至圆形轨道：调节加速度199

4.7.2 发射至圆形轨道：常值加速度201

4.8 弹道导弹的发射207

4.8.1 前向加速度可调的重力转弯火箭208

4.8.2 前向和法向加速度可调211

4.9 平面跟踪制导系统214

4.9.1 稳定性、可控性和可观性216

4.9.2 跟踪重力转弯轨迹的标称对象218

4.10 鲁棒自适应制导222

4.11 状态反馈制导225

4.11.1 法向加速度制导225

4.12 基于观测器的运载火箭重力转弯制导228

4.12.1 基于高度观测器的法向加速度输入控制229

4.12.2 基于双输出观测器的法向加速度输入控制235

4.13 质量与大气阻力建模240

4.14 小结247

习题248

参考文献248

第5章 火箭姿态控制249

5.1 概述249

5.2 姿态控制对象249

5.3 闭环姿态控制252

5.4 滚转控制系统254

5.5 火箭俯仰控制254

5.5.1 俯仰程序254

5.5.2 俯仰制导和控制系统256

5.5.3 自适应俯仰控制系统258

5.6 火箭偏航控制264

5.7 小结265

习题265

参考文献266

第6章 宇宙飞船制导系统267

6.1 引言267

6.2 轨道力学267

6.2.1 轨道方程267

6.2.2 近焦点坐标系和天体坐标系269

6.2.3 时间方程270

6.2.4 Lagrange系数272

6.3 宇宙飞船终端制导274

6.3.1 最小能量轨道转移276

6.3.2 Lambert定理278

6.3.3 Lambert问题279

6.3.4 火箭的Lambert制导291

6.3.5 再入飞行器的最优终端制导296

6.4 一般轨道对象的跟踪制导301

6.5 平面轨道调节304

6.6 最优非平面轨道调节312

6.7 小结315

习题316

参考文献318

第7章 宇宙飞船最优姿态控制319

7.1 引言319

7.2 宇宙飞船的姿态终端控制319

7.2.1 宇宙飞船的最优单轴滚动319

7.3 宇宙飞船多轴旋转机动325

7.4 宇宙飞船控制力矩335

7.4.1 火箭推进器335

7.4.2 反作用轮、动量轮和控制力矩陀螺335

7.4.3 磁场力矩336

7.5 卫星动力学对象的跟踪控制337

7.6 环境力矩338

7.6.1 重力梯度力矩340

7.7 宇宙飞船姿态的多变量跟踪控制341

7.7.1 基于反作用轮的宇宙飞船姿态主动控制342

7.8 小结345

习题345

参考文献346

附录A 线性系统347

附录B 稳定性355

附录C 欠驱动飞行系统控制362