本书主要介绍高超声速飞行器面临的控制难题及先进控制理论与方法，主要内容包括高超声速飞行器及其控制方法概述、面向控制的高超声速飞行器刚体建模、高超声速飞行器动态逆控制方法、高超声速飞行器滑模变结构控制方法、高超声速飞行器预测滑模控制方法、高超声速飞行器弹性模型及其特性分析、弹性高超声速飞行器弹性抑制方法、强耦合条件下的有限时间姿态快速控制、强不确定性条件下的固定时间姿态快速控制和输入输出受限条件下的预定时间姿态快速控制等。本书内容丰富、系统、规范，注重理论方法与实际应用相结合。
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丛书序
本书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 高超声速飞行器发展概述 1
1.1.1 美国 1
1.1.2 俄罗斯 4
1.1.3 其他国家 5
1.2 变形飞行器发展与研究现状 6
1.2.1 飞行器变形方式研究现状 7
1.2.2 变形飞行器建模与控制研究现状 14
1.3 高超声速飞行器的控制方法研究现状 17
1.3.1 动态逆控制方法 17
1.3.2 滑模变结构控制方法 19
1.3.3 预测控制方法 23
1.3.4 弹性抑制控制方法 27
1.3.5 其他控制方法 28
1.4 高超声速变形飞行器控制难点及相关控制方法研究现状 28
1.4.1 强耦合条件下控制方法研究现状 29
1.4.2 不确定性条件下控制方法研究现状 31
1.4.3 状态受限与执行机构饱和条件下控制方法研究现状 34
1.5 本书内容安排 37
第2章 面向控制的高超声速飞行器刚体建模 38
2.1 常用坐标系及其相互转换关系 38
2.1.1 常用坐标系 38
2.1.2 坐标系之间的转换关系 40
2.2 高超声速飞行器刚体运动模型 45
2.2.1 质心动力学方程 45
2.2.2 质心运动学方程 51
2.2.3 绕质心动力学方程 51
2.2.4 绕质心运动学方程 53
2.2.5 补充方程 53
2.2.6 高超声速飞行器刚体六自由度运动方程 55
2.3 面向控制的高超声速飞行器六自由度模型 56
2.3.1 六自由度运动模型的简化 57
2.3.2 气动模型 61
2.4 面向控制的高超声速飞行器纵向模型 62
第3章 高超声速飞行器动态逆控制方法 64
3.1 动态逆控制的基本原理 64
3.1.1 MIMO系统的动态逆系统 64
3.1.2 基于动态逆的高超声速飞行器运动模型线性化 67
3.2 动态逆控制的解耦性能分析 71
3.2.1 纵向运动模型的解耦性能分析 71
3.2.2 三通道姿态运动模型的解耦性能分析 72
第4章 高超声速飞行器滑模变结构控制方法 75
4.1 滑模变结构控制的基本原理 75
4.1.1 滑模控制的概念和性质 75
4.1.2 滑模变结构控制的定义 76
4.1.3 滑模变结构控制的品质 76
4.1.4 滑模控制方法 78
4.2 基于指令参数化的滑模控制方法 79
4.2.1 基于动态逆的滑模控制系统结构 79
4.2.2 基于指数趋近律的滑模控制律设计 81
4.2.3 滑模控制律的指令参数化 83
4.2.4 仿真算例与结果分析 85
4.3 基于S形函数的准终端滑模控制方法 88
4.3.1 S形函数 88
4.3.2 基于S形函数的准终端滑模控制方法的基本原理 89
4.3.3 基于S形函数的准终端滑模控制方法的稳定性证明 92
4.3.4 基于S形函数的准终端滑模控制器设计 93
4.3.5 仿真算例与结果分析 97
第5章 高超声速飞行器预测滑模控制方法 106
5.1 基于反馈线性化的预测滑模控制方法 106
5.1.1 不确定系统描述 106
5.1.2 模型反馈线性化 106
5.1.3 基于反馈线性化的预测滑模控制器设计 107
5.2 基于模糊干扰观测器的预测滑模控制方法 109
5.2.1 改进的模糊干扰观测器 109
5.2.2 基于模糊干扰观测器的预测滑模控制器设计 111
5.2.3 稳定性证明 115
5.2.4 仿真算例与结果分析 117
第6章 高超声速飞行器弹性模型及其特性分析 121
6.1 弹性高超声速飞行器第一定律模型 121
6.1.1 飞行器构型 121
6.1.2 弹性振动方程 122
6.1.3 飞行动力学模型 124
6.2 弹性高超声速飞行器常用简化模型 126
6.2.1 Parker模型 126
6.2.2 Lisa模型 128
6.2.3 Sigthorsson模型 129
6.3 弹性高超声速飞行器动力学特性分析 131
6.3.1 模态分析 131
6.3.2 飞行器气动特性分析 135
第7章 弹性高超声速飞行器弹性抑制方法 144
7.1 问题描述 144
7.1.1 模型处理 144
7.1.2 反馈线性化方法 145
7.1.3 反步控制方法 145
7.2 弹性高超声速飞行器预测滑模控制方法 148
7.2.1 模型处理 148
7.2.2 弹性高超声速飞行器预测滑模控制器设计 149
7.2.3 仿真验证与结果分析 156
7.3 弹性高超声速飞行器动态面控制方法 159
7.3.1 模型处理 159
7.3.2 动态面控制方法 160
7.3.3 弹性高超声速飞行器动态面控制器设计 163
7.3.4 动态面控制仿真结果与分析 167
第8章 强耦合条件下的有限时间姿态快速控制 170
8.1 问题描述 170
8.1.1 模型处理 170
8.1.2 定义与引理 175
8.1.3 控制目标与结构 176
8.2 基于Lyapunov稳定性的耦合分析方法 177
8.2.1 传统反步法对耦合项的处理方式 177
8.2.2 耦合特性分析与Lyapunov稳定性 178
8.3 基于事件触发的有限时间控制器设计 180
8.3.1 有限时间收敛的耦合控制方法 181
8.3.2 基于相对阈值事件触发的抖振削弱方法 185
8.3.3 闭环系统稳定性分析 187
8.4 仿真分析 191
8.4.1 有效性验证与对比仿真 191
8.4.2 耦合特性分析控制性能验证与对比仿真 197
8.4.3 事件触发控制性能验证与对比仿真 201
8.4.4 气动拉偏仿真 205
8.4.5 程序弹道指令跟踪 207
第9章 强不确定性条件下的固定时间姿态快速控制 211
9.1 问题描述 211
9.1.1 模型处理 211
9.1.2 定义与引理 212
9.1.3 控制目标与结构 213
9.2 固定时间模糊干扰观测器设计 213
9.2.1 模糊逻辑系统 213
9.2.2 模糊干扰观测器设计与固定时间收敛性证明 214
9.3 固定时间滑模控制器设计与稳定性分析 218
9.3.1 多变量滑模流形与控制器设计 218
9.3.2 基于隐式Lyapunov的闭环系统稳定性分析 219
9.4 仿真分析 225
9.4.1 有效性验证与对比仿真 226
9.4.2 非线性扰动/高斯白噪声条件下仿真 232
9.4.3 气动拉偏仿真 235
9.4.4 程序弹道指令跟踪 237
第10章 输入输出受限条件下的预定时间姿态快速控制 240
10.1 问题描述 240
10.1.1 模型处理 240
10.1.2 定义与引理 242
10.1.3 控制目标与结构 243
10.2 预定时间干扰观测器设计 243
10.2.1 基于神经网络的干扰观测器设计 244
10.2.2 干扰观测器的预定时间收敛性证明 245
10.3 基于正切型障碍Lyapunov与Nussbaum增益的控制器设计 247
10.3.1 预定时间收敛准则设计 248
10.3.2 基于正切型障碍Lyapunov函数的输出状态误差受限控制 251
10.3.3 基于Nussbaum增益自适应的输入饱和抑制方法 254
10.3.4 面向饱和抑制的闭环变形策略 255
10.3.5 闭环系统稳定性分析 256
10.4 仿真分析 259
10.4.1 有效性验证与对比仿真 259
10.4.2 非线性扰动条件下仿真 270
10.4.3 气动拉偏仿真 272
10.4.4 程序弹道指令跟踪 274
参考文献 277
附录A 气动力与力矩系数详细表达式 295
附录B 纵向运动模型线性化过程中的向量与矩阵 302
附录C 飞行器相关参数 306
附录D 各偏导数表达式 310
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