航空器控制理论基础

第1章 绪论

1.1 自动控制理论及其发展简述

1.2 自动控制的基本概念

1.2.1 自动控制的基本原理

1.2.2 控制系统的基本组成

1.2.3 控制系统的基本控制方式

1.3 自动控制系统的分类

1.3.1 线性系统和非线性系统

1.3.2 连续系统和离散系统

1.4 对自动控制系统的基本要求

习题

第2章 控制系统的数学模型

2.1 控制系统的微分方程

2.1.1 微分方程的建立

2.1.2 物理系统的线性近似

2.2 拉普拉斯变换

2.2.1 拉普拉斯变换定义

2.2.2 拉普拉斯变换的基本性质

2.2.3 用拉普拉斯变换解线性微分方程

2.3 控制系统的传递函数

2.3.1 传递函数的基本概念

2.3.2 典型环节及其传递函数

2.3.3 传递函数的求取

2.4 方框图及其等效变换

2.4.1 方框图的组成

2.4.2 方框图的建立

2.4.3 方框图的等效变换和化简

2.5 信号流图及梅森公式

2.5.1 信号流图的符号及术语

2.5.2 信号流图的绘制

2.5.3 信号流图的等效变换规则

2.5.4 梅森公式及其应用

2.6 状态空间模型

2.6.1 状态空间模型的基本概念

2.6.2 状态空间模型的建立

2.6.3 传递函数和状态空间模型间的关系

习题

第3章 时域分析法

3.1 时域分析基础

3.1.1 典型初始状态

3.1.2 典型输入信号

3.1.3 阶跃响应性能指标

3.2 一阶系统时域分析

3.2.1 一阶系统数学模型

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应

3.3 二阶系统时域分析

3.3.1 二阶系统数学模型

3.3.2 二阶系统单位阶跃响应

3.3.3 二阶系统性能指标计算

3.4 高阶系统的时域分析

3.4.1 高阶系统的动态响应分析

3.4.2 闭环主导极点

3.5 控制系统的稳定性分析

3.5.1 稳定性概念

3.5.2 稳定的数学条件

3.5.3 劳斯-赫尔维茨稳定判据

3.5.4 劳斯稳定判据的应用

3.6 控制系统的稳态误差计算

3.6 误差与稳态误差

3.6.2 稳态误差的计算

3.6.3 典型信号作用下的稳态误差

习题

第4章 根轨迹法

4.1 根轨迹法的基本概念

4.1.1 根轨迹

4.1.2 闭环零极点与开环零极点之间的关系

4.1.3 根轨迹方程

4.2 绘制根轨迹的基本法则

4.3 广义根轨迹

4.3.1 参数根轨迹

4.3.2 正反馈系统的根轨迹

4.3.3 非最小相位系统的根轨迹

4.4 系统性能的分析

4.4.1 闭环零极点与时间响应

4.4.2 系统性能的定性分析

习题

第5章 频率响应法

5.1 频率特性的基本概念

5.1.1 正弦信号作用下的稳态响应

5.1.2 频率特性的定义

5.2 奈氏图

5.2.1 奈氏图的定义

5.2.2 典型环节的奈氏图

5.2.3 开环奈氏图的绘制

5.3 伯德图

5.3.1 伯德图的定义

5.3.2 典型环节的伯德图

5.3.3 开环伯德图的绘制

5.3.4 传递函数的频域实验确定

5.4 频率域稳定判据

5.4.1 奈氏判据的数学基础

5.4.2 奈氏判据

5.4.3 对数频率稳定判据

5.5 稳定裕量

5.6 闭环系统的频域性能指标

5.6.1 闭环频率特性

5.6.2 闭环频域性能指标

5.6.3 闭环频域性能指标的计算

5.6.4 频域指标与时域指标的关系

习题

第6章 控制系统的综合校正

6.1 系统校正基础

6.1.1 校正的基本概念

6.1.2 性能指标

6.1.3 校正方式

6.1.4 校正设计的方法

6.2 串联超前校正

6.2.1 超前校正装置及其特性

6.2.2 串联超前校正设计

6.3 串联滞后校正

6.3.1 滞后校正装置及其特性

6.3.2 串联滞后校正设计

6.4 串联滞后-超前校正

6.4.1 滞后-超前校正装置及其特性

6.4.2 串联滞后-超前校正设计

习题

第7章 控制理论在航空器中的应用

7.1 飞行控制系统简介

7.2 飞机的动力学建模

7.2.1 坐标系

7.2.2 作用在飞机上的力和力矩

7.2.3 飞机的基本运动方程

7.3 PID控制方法

7.3.1 PID控制的基本概念

7.3.2 PID控制器参数调整

7.4 飞行控制系统的分析

7.4.1 纵向短周期运动的传递函数

7.4.2 飞机纵向姿态控制分析

7.4.3 飞机横侧向姿态控制分析

7.5 飞行控制系统的设计

习题

第8章 MATLAB在控制系统分析与设计中的应用

8.1 MATLAB语言简介

8.1.1 MATLAB的运行环境

8.1.2 MATLAB帮助系统

8.1.3 MATLAB语言基础

8.1.4 MATLAB图形绘制

8.2 MATLAB用于处理系统数学模型

8.3 MATLAB用于时域分析

8.4 MATLAB用于根轨迹分析

8.5 MATLAB用于频域分析

8.6 MATLAB用于系统校正和设计

8.7 Simulink建模与仿真

习题

附录

参考文献

《航空器控制理论基础/普通高等院校航空专业”十二五”规划教材》重点介绍了经典控制理论的基本概念、基本分析和设计方法及其在航空器控制领域的典型应用。主要内容包括控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹法、频率响应法、控制系统的综合校正以及在航空器控制领域的应用等。书中紧密结合MATLAB系统仿真软件，有利于读者加深理解掌握基本理论，并可对相关原理进行仿真验证。
　　《航空器控制理论基础/普通高等院校航空专业”十二五”规划教材》尝试将经典控制理论与飞行控制结合起来，便于读者在较短时间内掌握运用经典控制理论对航空器飞行控制进行基本分析和设计。全书力求突出重点，叙述通俗易懂，尽量减小繁琐的数学推导，比较简明实用。
　　《航空器控制理论基础/普通高等院校航空专业”十二五”规划教材》可作为航空院校航空器械维修、飞行技术、航空机电、航空发动机等专业涉及自动控制理论课程的教材或参考资料，也可供航空企业工程技术人员参考使用。