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目次
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運動體控制系統研究人造運動體，如飛機、船舶、汽車等的一般運動規律以及操縱其運動的控制系統的組成、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中的具體應用。 本教材簡要地介紹了描述運動體運動規律所需的理論力學、流體力學基礎知識，描述運動體運動的坐標系、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的測量，空中運動體的縱向控制系統和水面運動體的航向控制系統，以及幾類航天器的控制系統。全書共分10章，每章后配有一定數量的習題及思考題。 本教材可供自動化專業高年級本科生學習相關專業課或專業選修課使用，也可供控制理論與控制工程學科的研究生作為學習參考。
作者簡介
史震，1961年生，黑龍江寶清人，工學博士，哈爾濱工程大學教授，博士生導師。《戰術導彈控制技術》編委，黑龍江省自動化學會常務理事。主要從事自動控制理論與應用、導彈制導與控制、捷聯慣性導航系統等方面的教學與科研工作。出版教材3部和專著1部，發表學術論文30余篇。
目次
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展歷史與現狀
1.3.1 飛行器操縱控制的發展歷史與現狀
1.3.2 船舶操縱控制的發展歷史與現狀
1.3.3 車輛操縱控制的發展歷史和現狀
習題與思考題
第2章 物理基礎
2.1 相關理論力學基礎
2.2 相關流體力學基礎
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 隨機海浪的統計特性和譜分析
2.5 海流
2.6 海風和海風的譜分析
習題與思考題
第3章 運動及其描述
3.1 常用坐標系
3.2 飛行力學變量
3.2.1 飛行器相對地面姿態的確定
3.2.2 航跡速度矢量的確定
3.2.3 空氣動力學變量的確定
3.2.4 描述風影響的角度
3.2.5 速度方程
3.2.6 轉動角速度方程
3.2.7 操縱偏角
3.3 確定飛行器位置的變量
3.4 航行力學變量
3.4.1 地面坐標系（靜坐標系）
3.4.2 船體坐標系（動坐標系）
3.4.3 水中運動體航行力學變量
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 運動學方程
3.5.2 動力學方程式
3.5.3 質量變化方程
3.5.4 控制方程
3.5.5 可控制運動軌跡方程組
習題與思考題
第4章 運動體受到的擾動
4.1 海浪、風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學描述
4.2.2 海浪波能譜
4.2.3 海浪的數字仿真
4.3 風對空中運動體的擾動
4.4 陸地運動體受到的擾動
4.4.1 車輛的轉向特性
4.4.2 作用于質心的側向力引起的運動
4.4.3 側風引起的車輛運動
習題與思考題
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 推力矢量控制在戰術導彈中的應用
5.5.2 推力矢量控制的實現方法
5.5.3 推力矢量控制系統的性能描述
習題與思考題
第6章 運動狀態的測量
6.1 狀態變量和輸出變量的可測量性
6.2 水動力學量
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 空氣動力學量
6.3.1 飛行高度的測量
6.3.2 空速與馬赫數的測量
6.3.3 迎角和側滑角的測量
6.3.4 大氣數據計算機
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 無線電測高和雷達測高
6.6.3 無線電測距
6.6.4 衛星定位
6.7 導航定位
6.7.1 導航系統概述
6.7.2 慣性導航系統
習題與思考題
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分析
7.2.1 彈體縱向運動傳遞函數
7.2.2 彈體縱向運動動態特性分析
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 導彈的縱向控制原理
7.3.2 導彈的縱向氣動力控制實現
7.4 導彈縱向運動的穩定與控制
7.4.1 概述
7.4.2 俯仰角的自動穩定與控制
7.4.3 彈體縱向姿態運動的無靜差的控制
7.4.4 飛行軌跡的穩定與控制
7.5 導彈縱向控制系統及其設計
7.5.1 俯仰角穩定控制系統的組成
7.5.2 俯仰角穩定控制系統分析與設計
7.6 利用MATLAB對導彈縱向運動仿真
7.6.1 基于MATLAB的俯仰角穩定控制系統分析
7.6.2 利用MATLAB實現導彈縱向運動仿真過程
習題與思考題
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 船舶數學模型
8.4.2 作用于系統的干擾
8.4.3 航跡跟蹤的控制策略
8.5 艦船航向控制系統及其設計
8.5.1 隨動舵控制系統及其設計
8.5.2 航向控制自動舵控制系統及其設計
8.6 利用MATLAB對船舶航向運動仿真
習題與思考題
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 車輛力學術語
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
9.5 車輛的運動方程式
9.5.1 在車輛固定坐標系中的運動方程式
9.5.2 在地面固定坐標系中的運動方程式
習題與思考題
第10章 航天器飛行控制簡介
10.1 航天器控制系統
10.1.1 航天器
10.1.2 航天器控制系統的任務
10.1.3 航天器控制系統的構成
10.1.4 航天器控制系統采用的控制模式
10.2 載人飛船的控制技術
10.2.1 載人飛船的結構組成
10.2.2 載人飛船的制導與控制
10.2.3 載人飛船的再入返回控制
10.3 航天飛機的制導與控制
10.3.1 航天飛機的結構組成
10.3.2 航天飛機的控制系統
10.3.3 航天飛機的飛行控制
10.4 空間站的控制技術
10.4.1 空間站的概念和組成
10.4.2 空間站的用途
習題與思考題
參考文獻
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展歷史與現狀
1.3.1 飛行器操縱控制的發展歷史與現狀
1.3.2 船舶操縱控制的發展歷史與現狀
1.3.3 車輛操縱控制的發展歷史和現狀
習題與思考題
第2章 物理基礎
2.1 相關理論力學基礎
2.2 相關流體力學基礎
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 隨機海浪的統計特性和譜分析
2.5 海流
2.6 海風和海風的譜分析
習題與思考題
第3章 運動及其描述
3.1 常用坐標系
3.2 飛行力學變量
3.2.1 飛行器相對地面姿態的確定
3.2.2 航跡速度矢量的確定
3.2.3 空氣動力學變量的確定
3.2.4 描述風影響的角度
3.2.5 速度方程
3.2.6 轉動角速度方程
3.2.7 操縱偏角
3.3 確定飛行器位置的變量
3.4 航行力學變量
3.4.1 地面坐標系（靜坐標系）
3.4.2 船體坐標系（動坐標系）
3.4.3 水中運動體航行力學變量
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 運動學方程
3.5.2 動力學方程式
3.5.3 質量變化方程
3.5.4 控制方程
3.5.5 可控制運動軌跡方程組
習題與思考題
第4章 運動體受到的擾動
4.1 海浪、風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學描述
4.2.2 海浪波能譜
4.2.3 海浪的數字仿真
4.3 風對空中運動體的擾動
4.4 陸地運動體受到的擾動
4.4.1 車輛的轉向特性
4.4.2 作用于質心的側向力引起的運動
4.4.3 側風引起的車輛運動
習題與思考題
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 推力矢量控制在戰術導彈中的應用
5.5.2 推力矢量控制的實現方法
5.5.3 推力矢量控制系統的性能描述
習題與思考題
第6章 運動狀態的測量
6.1 狀態變量和輸出變量的可測量性
6.2 水動力學量
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 空氣動力學量
6.3.1 飛行高度的測量
6.3.2 空速與馬赫數的測量
6.3.3 迎角和側滑角的測量
6.3.4 大氣數據計算機
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 無線電測高和雷達測高
6.6.3 無線電測距
6.6.4 衛星定位
6.7 導航定位
6.7.1 導航系統概述
6.7.2 慣性導航系統
習題與思考題
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分析
7.2.1 彈體縱向運動傳遞函數
7.2.2 彈體縱向運動動態特性分析
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 導彈的縱向控制原理
7.3.2 導彈的縱向氣動力控制實現
7.4 導彈縱向運動的穩定與控制
7.4.1 概述
7.4.2 俯仰角的自動穩定與控制
7.4.3 彈體縱向姿態運動的無靜差的控制
7.4.4 飛行軌跡的穩定與控制
7.5 導彈縱向控制系統及其設計
7.5.1 俯仰角穩定控制系統的組成
7.5.2 俯仰角穩定控制系統分析與設計
7.6 利用MATLAB對導彈縱向運動仿真
7.6.1 基于MATLAB的俯仰角穩定控制系統分析
7.6.2 利用MATLAB實現導彈縱向運動仿真過程
習題與思考題
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 船舶數學模型
8.4.2 作用于系統的干擾
8.4.3 航跡跟蹤的控制策略
8.5 艦船航向控制系統及其設計
8.5.1 隨動舵控制系統及其設計
8.5.2 航向控制自動舵控制系統及其設計
8.6 利用MATLAB對船舶航向運動仿真
習題與思考題
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 車輛力學術語
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
9.5 車輛的運動方程式
9.5.1 在車輛固定坐標系中的運動方程式
9.5.2 在地面固定坐標系中的運動方程式
習題與思考題
第10章 航天器飛行控制簡介
10.1 航天器控制系統
10.1.1 航天器
10.1.2 航天器控制系統的任務
10.1.3 航天器控制系統的構成
10.1.4 航天器控制系統采用的控制模式
10.2 載人飛船的控制技術
10.2.1 載人飛船的結構組成
10.2.2 載人飛船的制導與控制
10.2.3 載人飛船的再入返回控制
10.3 航天飛機的制導與控制
10.3.1 航天飛機的結構組成
10.3.2 航天飛機的控制系統
10.3.3 航天飛機的飛行控制
10.4 空間站的控制技術
10.4.1 空間站的概念和組成
10.4.2 空間站的用途
習題與思考題
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