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飞控系统算法与模型国防工业出版社图书书籍

正版全新

作者: 张永孝著;
出版社: 国防工业出版社
ISBN: 9787118143225
出版时间: 2022-12

装帧: 其他
开本: 16开
纸张: 胶版纸

作者: 张永孝著;
出版社: 国防工业出版社
ISBN: 9787118143225

出版时间: 2022-12
装帧: 其他

开本: 16开
纸张: 胶版纸

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工程技术

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5082442

商品描述：

【书    名】飞控系统算法与模型国防工业出版社图书书籍
【书    号】 9787118143225
【出版社】国防工业出版社
【作    者】张永孝著;
【出版日期】 2026-09-01
【开    本】 16开
【定    价】 286.00元

【内容简介】
本书以 40 余年电传飞控系统研制经验为基础，论述飞机主动控制、控制增稳；推导分析飞机三轴运动传递函数、飞机运动微分方程解；基于飞行品质计算控制律前馈和反馈增益；原创性构造了控制律优化设计的多尺度嵌套高维立方体顶点寻优全局优化算法；论证了 “舵－响应－反馈控制律、杆－响应－指令控制律和单位反馈前向传递函数的闭环系统” 三者特征方程的一致性；创建了余度信号表决值的代表性和稳健性基础理论；创新定义了余度计算机同步函数、余度信号故障函数；证明了中位数表决定理及故障模式与故障函数的量化关系；提出了连续域离散化设计准则、数字积分器不均衡理论、基于飞机模型的故障检测方法，以及奇异故障的故障判据。
  本书对从事飞控系统研制的工程技术人员有重要参考价值，可作为航空、航天、航海院校飞行控制及相关专业的参考教材。

【目录】
目录

第 1 章飞控系统总论

1.1 随控布局

1.1.1 CCV 概述

1.1.2 鸭式布局

1.1.3 三翼面布局

1.1.4 飞翼布局

1.1.5 飞机的平衡

1.2 主动控制

1.2.1 放宽静稳定性

1.2.2 飞行边界限制

1.2.3 直接力控制

1.2.4 机动载荷控制

1.2.5 主动颤振抑制

1.3 自动飞控

1.3.1 高度保持

1.3.2 姿态与航向保持

1.3.3 自动配平

1.4 高升力控制

1.4.1 缝翼控制

1.4.2 襟翼控制

1.4.3 低高拉起

1.5 飞控基本概念

1.5.1 增稳系统

1.5.2 有限权限控制增稳系统

1.5.3 控制增稳系统

1.5.4 数字电传飞控系统

1.6 余度结构配置

1.6.1 相似余度

1.6.2 非相似余度

1.6.3 解析余度

1.6.4 电传飞控首选四余度

1.7 分布式飞行器管理系统

1.7.1 分布式飞管系统架构

1.7.2 多节点系统定义

1.7.3 高安全共模抑制的非相似系统

第 2 章飞行动力学与根轨迹

2.1 六自由度运动方程

2.1.1 符号定义

2.1.2 非线性模型

2.2 小扰动线性化方程

2.2.1 飞机纵向小扰动方程

2.2.2 飞机横航向小扰动方程

2.3 飞机传递函数与操稳特性

2.3.1 传递函数零、极点对系统性能影响分析

2.3.2 高阶系统时域分析

2.3.3 闭环主导极点

2.3.4 纵向短周期运动传递函数

2.3.5 横航向运动方程及传递函数

2.4 根轨迹

2.4.1 传递函数与根轨迹方程

2.4.2 根轨迹分析

2.4.3 参变量系统根轨迹

2.4.4 飞控系统传递函数根轨迹方程

2.4.5 “反馈、指令构型与闭环” 控制律特征方程一致性

2.5 飞机响应反馈的特性分析

2.5.1 纵向短周期响应反馈

2.5.2 横航向响应反馈

2.6 非线性校核

第 3 章电传飞控系统

3.1 稳定性与操纵性数学分析

3.1.1 稳定性与操纵性

3.1.2 稳定性与操纵性的协调性设计

3.1.3 稳定性与操纵性的矛盾解释

3.2 阻尼器–增强稳定性

3.3 增稳–增强静稳定性

3.4 增稳对操纵性的影响

3.5 增控–改善操纵性提高机动性

3.6 控制增稳

3.7 飞行品质影响分析

3.7.1 阻尼器和增稳系统特性分析

3.7.2 控制增稳 CAP 分析

3.8 电传飞控

3.8.1 稳定性分析

3.8.2 控制增稳设计

3.8.3 飞行包线的边界限制

3.8.4 中性速度稳定性

3.8.5 过失速机动

3.8.6 尾旋及解尾旋

3.8.7 RSS 飞机静稳定性补偿

第 4 章基本环节与控制律模型

4.1 基本环节

4.1.1 放大环节（比例环节）

4.1.2 惯性环节

4.1.3 积分环节

4.1.4 振荡环节

4.1.5 微分环节

4.2 常用线性滤波器

4.2.1 低通滤波器

4.2.2 积分器

4.2.3 微分器

4.2.4 二阶低通滤波器

4.2.5 结构滤波器

4.2.6 常用高通环节

4.2.7 超前 / 滞后环节

4.3 非线性环节

4.3.1 典型非线性特性的种类

4.3.2 非线性环节电路

4.3.3 非线性系统的若干特征

4.4 PID 控制

4.4.1 PID 控制器

4.4.2 PID 控制器的应用

4.4.3 PID 控制律

4.5 数字化设计

4.5.1 连续域离散化（双线性变换）

4.5.2 典型环节离散化差分方程

4.5.3 采样频率的选择

4.5.4 多速率组设计

4.5.5 分布式飞控系统频率设计

4.5.6 定点数与浮点数运算

4.5.7 控制律定点运算

4.5.8 高通环节定点运算实例

4.5.9 离散化设计准则

4.6 基础控制律模型

4.6.1 杆–响应传递函数

4.6.2 前馈增益设计计算

4.6.3 反馈控制律模型

4.6.4 反馈增益设计计算

4.6.5 前馈控制律模型

4.6.6 控制增稳模型

4.6.7 控制增稳回路增益计算

4.7 信号滤波与陷波

4.7.1 前置 / 后置滤波器

4.7.2 数字结构陷波器

4.8 新飞机（控制律 + 原飞机）系统传递函数

4.8.1 典型模态频率阻尼

4.8.2 NSS 空中与起飞 / 着陆模态传递函数

4.8.3 基于 CAP 评价的传递函数零、极点配置

第 5 章控制律分析与综合

5.1 系统需求

5.1.1 三轴控制增稳

5.1.2 放宽静稳定性控制

5.1.3 中性速度稳定性控制

5.1.4 飞行边界限制

5.1.5 直接力控制

5.1.6 自动驾驶仪功能

5.1.7 模拟备份操纵

5.2 系统构成及工作模式

5.3 飞行控制律

5.3.1 机械操纵与电传操纵

5.3.2 纵向空中控制律

5.3.3 纵向起飞 / 着陆控制律

5.3.4 横航向空中控制律

5.3.5 横航向起飞 / 着陆控制律

5.4 应急备份控制律

5.4.1 应急备份控制律设计要求

5.4.2 应急备份控制律结构

5.5 直接力控制

5.5.1 直接力控制模态

5.5.2 直接力控制律

5.5.3 直接力控制性能要求

5.5.4 直接力控制律的仿真

5.6 自动驾驶控制律

5.6.1 纵向自动驾驶仪

5.6.2 横向自动驾驶仪

5.6.3 自动驾驶仪通断控制

5.6.4 自动驾驶仪的显示

第 6 章余度管理

6.1 概述

6.1.1 余度结构形式

6.1.2 监控 / 表决概念

6.1.3 监控 / 表决面设置

6.2 计算机余度管理

6.2.1 同步原理

6.2.2 同步函数

6.2.3 同步算法

6.2.4 同步监控

6.2.5 数字积分器不均衡理论

6.2.6 输出指令监控

6.2.7 代码和检测

6.2.8 A/D-D/A 回绕监控

6.3 计算机通道故障逻辑

6.3.1 数字机表决（DPV 有效）

6.3.2 EFCS 接入

6.3.3 飞行员接通 EFCS

6.4 传感器余度管理

6.4.1 故障

6.4.2 表决

6.4.3 基于飞机模型的故障检测

6.4.4 奇异故障的故障判据

6.4.5 故障模式

6.4.6 故障函数

6.4.7 表决器

6.5 作动器余度管理

6.5.1 LVDT 和值监控

6.5.2 力马达电流监控

6.5.3 阀芯位置监控

6.5.4 伺服模型监控

6.6 计算机余度架构

6.6.1 背板总线模块化计算机

6.6.2 跨机箱桥接交叉传输

6.7 系统故障综合

第 7 章飞控系统优化设计

7.1 参考模型选择

7.1.1 CAP 原则

7.1.2 C * 原则

7.1.3 Neal–Smith 原则

7.2 模型优化

7.2.1 控制律优化设计模型

7.2.2 控制器优化原理

7.2.3 控制律优化策略设计

7.3 基于飞行品质模型控制律全参数优化设计

7.3.1 低阶等效系统

7.3.2 基于模型的全参数优化设计

7.3.3 多尺度嵌套高维立方体顶点全局优化算法

7.3.4 基于总体*优区域上的轮换变量寻优

7.3.5 一阶梯度法

7.3.6 共轭梯度法

7.3.7 局部区域上的多项式梯度法逼近寻优

7.4 等效拟配算例

7.4.1 等效拟配流程图

7.4.2 应用实例

7.4.3 用户使用意见

7.4.4 飞行品质评价分析

第 8 章现代控制理论应用与操纵面控制分配

8.1 现代控制理论

8.1.1 常用方法概述

8.1.2 先进应用实践

8.1.3 高超声速飞行器现代控制方法

8.2 典型应用

8.2.1 飞控系统应用

8.2.2 动态逆与其他方法综合

8.2.3 动态逆的神经网络补偿

8.3 操纵面控制分配

8.3.1 操纵面控制分配结构

8.3.2 常见操纵面配置

8.3.3 伪逆法与加权伪逆法

8.4 遗传算法

8.4.1 遗传算法的概念及操作

8.4.2 遗传算法的问题

8.5 工程应用的挑战

参考文献

致谢

【文摘】
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【前言】
序

21 世纪，以 “J20、Y20、Z20” 为代表的中国航空工业已进入全电传飞机设计的主动控制新时代。主动控制打破了常规静稳定性布局飞机设计的限制，协调和解决飞机设计 “气动、结构和推进” 三者之间的矛盾，飞控系统成为飞机总体设计的第四要素。飞控系统使作用在飞机上的气动力按需分配，实现了飞机的 “放宽静稳定性、飞行包线边界限制、直接力控制、阵风减缓、乘坐品质控制、机动载荷控制和颤振抑制” 等主动控制功能。电传飞控系统是实现主动控制功能的物质基础，改善并提高了飞机飞行控制的稳定性、操纵性、机动性和飞行品质，电传飞控已成为新一代飞机设计的标准配置。

作者本科毕业于西安交通大学计算数学专业，后分配到中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所工作，又在西北工业大学继续学习，获得了航空控制工程硕士学位。1998 年 3 月至 8 月，作者在美国罗克韦尔?柯林斯（Rockwell Collins）公司，主要参与 B737－777 系列飞机飞控系统功能测试与验证工作。

20 世纪 80 年代，作者是我国第*个 “电传飞控” 主动控制技术演示验证项目飞控系统软件工程化的主要开发设计者，承担了 “J8 纵向四余度电传飞控系统、J8Ⅱ 三轴四余度数字电传飞控系统” 机载软件设计工作。20 世纪 90 年代，作者主管设计了我国第*个 “直升机电传飞控系统” 飞控系统软件。21 世纪中国航空工业快速发展，作为 618 所飞控专业副总工程师，作者主持主管了新一代战斗机、舰载机、直升机、无人侦察机、无人作战飞机等重大型号飞控系统的研制，获得了国防、集团和省部级多项成果奖项 20 余项、专利 10 余项；在重点工程研制中作出重要贡献，荣立一、二、三等功 10 余次。在航空武器装备科技创新与技术验证工作中作出了突出贡献，2015 年航空工业集团公司授予作者航空报国金奖。

作者数学基础扎实，理论功底深厚，在飞控系统研发设计中爱钻研、善思考。不盲目迷信 “过去都是这么做的” 先验方案的正确性，理论联系实际，对待技术问题寻根溯源，直至从基础原理的根本上解决问题。作者用数学的眼光认识飞控，用数学的思维思考飞控，用数学的语言表达飞控，聚焦具体工程设计方案 “算法、模型” 的抽象和凝练，撰写了这本《飞控系统算法与模型》。

飞控系统由传感器、计算机和伺服作动三个分系统组成，以飞机飞行动力学与运动学为基础，通过控制律设计协调飞机输入 / 输出变量之间关系，改善飞机运动特性，提高飞机稳定性、操纵性、机动性和飞行品质。通过余度管理和机内自检测（BIT）的表决 / 监控设计，飞控系统具有 “故障－工作 / 故障－安全与失效－重构” 的容错能力，极大地提高了飞控系统的安全可靠性。

本书论述了飞机主动控制、电传飞控、PID 经典控制与现代控制理论；从数学理论上定义了稳定性与操纵性，论述了飞机运动 / 飞行微分方程解特性、前馈与反馈回路的增稳与控制增稳原理，以及舵－响应与杆－响应传递函数闭环控制律特征方程的一致性；根据飞行品质等级要求设计了反馈增益与前馈增益的计算方法；以运算安全性和精度为目标，提出了控制律离散化算法设计准则；基于低阶等效系统与实际高阶飞控系统幅值及相位误差平方和的*小二乘问题优化设计模型，原创构造了全局优化的多尺度嵌套高维立方体顶点寻优算法，极大提高了全局寻优的定位能力和计算效率，抑制了飞行品质等效拟配网格法多变量寻优的维数灾，为控制律优化设计提供了理论支撑；提出了余度信号的 “故障函数、表决值代表性与稳健性、数字积分器不均衡和基于飞机模型的故障检测” 等基础理论，创新设计了奇异故障的 “变化量记忆、余度重构、飞机模型、动压与大概率” 的故障判据，证明了故障模式与故障函数取值关系及中位数表决定理，构建了余度管理的理论体系。这些从工程项目实现方案中，总结提炼出来飞控系统的算法和模型，使飞控系统设计从基本原理的根本上知其然亦知其所以然，为飞控系统正向设计打下了坚实的基础。

《飞控系统算法与模型》是把工程实际做法提升到数学理论的算法与模型的技术专著，是一本既有理论又有实践的飞控系统专业参考书，本书对于从事航空、航天、航海飞控系统研制的科研人员、高校师生和相关专业工程技术人员有较高参考价值。

中国工程院院士
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