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第1章 绪论 1

第2章 自动飞行控制系统的基本问题 9

2.1 自动飞行控制系统的基本功能 10

2.2 驾驶员如何使用这个系统 12

2.3 自动飞行控制系统的一般组成形式 13

2.4 数学模型和物理模型的建立及意义 14

2.5 在理论设计中数学仿真的作用 16

2.6 把理论设计结果高效率地转换为工程实现的方法 17

2.7 理论设计和实际系统之间的差异及调整 18

第3章 飞机动力学和数学模型 23

3.1 飞机运动的一般特点 24

3.2 飞机运动方程的常用坐标系 25

3.3 飞机运动变量的定义 27

3.4 坐标系之间的变换关系 30

3.5 力、力矩和运动变量在各坐标系内的习惯表示和符号 33

3.6 飞机操纵机构及运动变量的定义 36

3.7 飞机运动自由度和分类 37

3.8 刚体飞机运动方程的建立 38

3.8.1 建立飞机运动方程的考虑 38

3.8.2 刚体飞机运动的假设条件 39

3.8.3 刚体飞机运动动力学方程形式 40

3.8.4 飞机转动运动方程（力矩方程） 41

3.8.5 飞机平移运动方程（力运动方程） 42

3.8.6 运动学方程 43

3.8.7 几何关系方程 44

3.8.8 关于方程的讨论 44

3.9 小扰动线性化运动方程 46

3.9.1 运动方程简化处理的目标和方法 46

3.9.2 小扰动线性化方法和基准运动 46

3.9.3 纵向运动和横侧向运动的解耦和条件 48

3.9.4 小扰动线性化中基准运动的条件和运动变量定义 48

3.9.5 一般情况下（γ0≠0）的小扰动线性化运动方程 49

3.10 对称定常直线水平飞行（γ0＝0）时的小扰动线性化运动方程 52

3.11 进一步简化的线性化运动方程 54

3.11.1 纵向运动方程的简化 54

3.11.2 横侧向运动方程的简化 57

3.12 用于系统设计的飞机运动数学模型 60

3.12.1 纵向运动的传递函数模型 61

3.12.2 横侧向运动的传递函数模型 68

3.13 飞机运动特性及飞行状态的影响 69

3.13.1 短周期运动特性及飞行状态的影响 69

3.13.2 长周期运动特性及飞行状态的影响 73

3.13.3 横侧向运动特性及飞行状态的影响 78

3.14 协调转弯运动和横侧向运动水平轨迹的近似方程 80

3.15 风作用下飞机动力学响应传递函数模型 83

3.16 扰动力矩对飞机动力学响应的影响 87

第4章 关于自动飞行控制系统设计问题的讨论 89

4.1 自动飞行控制系统设计的内容、方法和适用性 90

4.2 自动飞行控制系统需求分析及其自动飞行方式 93

4.2.1 自动飞行控制系统的需求分析 93

4.2.2 自动飞行控制系统的自动飞行方式 94

4.3 自动飞行中的杆力配平问题 97

4.4 自动飞行控制系统与电传操纵系统的关系 101

4.5 自动飞行控制系统与机械操纵系统的关系 102

4.6 自动飞行控制系统的性能要求 104

4.6.1 有关描述自动飞行控制系统性能要求的规范 104

4.6.2 姿态控制回路的设计指标 104

4.7 自动飞行控制系统的接通和断开 107

4.8 自动飞行控制系统接通时的自动回零方法 108

4.9 自动飞行控制系统的组成、数学模型和设计 109

4.9.1 自动飞行控制系统的物理模型（或组成）及意义 109

4.9.2 飞机动力学和运动学数学模型 110

4.9.3 舵机与机械操纵系统数学模型 110

4.9.4 测量飞机运动的传感器和有关滤波器数学模型 111

4.9.5 自动飞行控制系统的设计工作内容 112

第5章 俯仰角控制系统分析和设计 113

5.1 俯仰角控制系统的目的和意义 114

5.2 俯仰角控制系统的分析和数学模型 115

5.2.1 飞机动力学模型 115

5.2.2 对俯仰角控制系统的动力学特性要求 115

5.2.3 系统的反馈结构形式 115

5.2.4 俯仰角控制系统的数学模型及其分析 117

5.2.5 用近似方法来确定控制律参数kq和kθ 119

5.2.6 短周期运动模型误差对系统性能的影响 122

5.2.7 控制律参数随飞行状态调节的方法 122

5.2.8 俯仰角控制系统抗干扰能力分析和计算 124

5.3 俯仰角控制系统设计实例和数学仿真 126

5.3.1 飞机纵向运动模型的选择和设计性能指标 126

5.3.2 控制律参数kq和kθ及静增益Kθdc的计算 127

5.3.3 在kq＝0.69 和kθ＝1.82 时的系统性能分析 127

5.3.4 舵机时间常数对系统特征根的影响 130

5.3.5 系统稳定性要求下的kq和kθ及其特征根分布 132

5.3.6 控制律参数随飞行状态调节的设计 134

5.3.7 数学仿真和分析 135

第6章 垂直速度控制系统 141

6.1 控制目的和方法 142

6.2 建立垂直速度动力学响应的数学模型 142

6.3 垂直速度的有效控制条件 144

6.4 反馈结构和控制律及数学模型 145

6.5 控制律参数计算 146

6.6 控制性能分析 147

6.6.1 飞行状态的影响 147

6.6.2 对垂直风扰动的响应性能 148

6.6.3 对常值俯仰扰动力矩的响应性能 149

6.7 垂直速度控制系统设计和数学仿真实例 151

6.7.1 设计状态和数学模型 151

6.7.2 控制律参数计算和控制律形式 151

6.7.3 设计结果分析和检查 152

6.7.4 对设计结果的数学仿真 154

第7章 高度控制系统分析和设计 161

7.1 控制目的和方法 162

7.2 反馈结构分析和高度控制系统数学模型 163

7.3 控制性能分析 164

7.3.1 垂直风扰动下的响应分析 164

7.3.2 俯仰扰动力矩作用下的响应分析 165

7.4 控制律参数设计 166

7.4.1 用根轨迹法选择参数 166

7.4.2 用近似设计方法选择参数 167

7.5 高度控制系统设计和数学仿真实例 168

7.5.1 设计状态和控制律参数的计算 168

7.5.2 对设计结果进行根轨迹检查 169

7.5.3 对设计结果的数学仿真 171

7.6 对高度控制系统的改进 177

7.6.1 改进目的和方法 177

7.6.2 高度控制系统的改进设计和数学仿真实例 178

第8章 速度控制系统 183

8.1 速度控制的动力学分析及数学模型 184

8.1.1 速度控制的目的和方法 184

8.1.2 速度控制的动力学过程 185

8.2 升降舵速度控制系统 187

8.2.1 反馈结构形式分析和数学模型 187

8.2.2 控制律参数设计 189

8.3 油门杆速度控制系统 192

8.3.1 反馈结构分析和数学模型 192

8.3.2 控制律参数设计 193

8.3.3 控制性能分析 194

8.4 使用减速板（扰流板）的速度控制系统 197

8.5 升降舵速度控制系统设计和数学仿真实例 198

8.5.1 设计状态和控制律参数计算 198

8.5.2 对升降舵速度控制系统的数学仿真 199

8.6 油门杆速度控制系统设计和数学仿真实例 201

8.6.1 控制律参数计算和分析 201

8.6.2 控制律性能分析 202

8.6.3 油门杆速度控制系统与俯仰角控制系统共同工作时的数学仿真 202

第9章 下滑波束和拉平着陆控制 209

9.1 飞机在着陆过程中的纵向操纵 210

9.1.1 着陆时纵向操纵的过程和特点 210

9.1.2 使用ILS着陆时纵向操纵和自动着陆控制问题 211

9.2 下滑波束导引运动学模型 212

9.3 下滑波束导引控制系统的控制律设计和性能 214

9.3.1 反馈结构和控制律 214

9.3.2 控制性能分析 215

9.3.3 控制律参数选择 216

9.3.4 控制律参数随飞行状态的调节 217

9.4 拉平着陆的运动学模型 219

9.4.1 拉平着陆的需求分析 219

9.4.2 拉平着陆的轨迹设计 221

9.5 拉平着陆控制系统的设计和性能分析 222

9.5.1 拉平控制指令模型 222

9.5.2 拉平着陆控制系统的控制律和性能分析 223

9.6 下滑波束导引控制系统的设计和数学仿真实例 225

9.6.1 设计状态和模型 225

9.6.2 俯仰角控制系统和油门杆速度控制系统设计 226

9.6.3 下滑波束导引控制系统的设计 226

9.6.4 下滑波束导引控制系统的数学仿真 229

9.7 拉平着陆控制系统的设计和数学仿真实例 232

9.7.1 拉平控制指令设计 232

9.7.2 垂直速度控制系统设计 233

9.7.3 拉平着陆控制系统数学仿真 233

第10章 航向控制系统 237

10.1 航向控制的目的和方法 238

10.1.1 航向控制的目的 238

10.1.2 航向控制的方法和问题 239

10.1.3 航向控制系统的基本结构 239

10.2 滚转角控制系统 240

10.2.1 滚转运动动力学模型 240

10.2.2 反馈和系统数学模型 242

10.2.3 滚转扰动力矩作用下的性能 242

10.2.4 控制律设计 243

10.2.5 滚转角的改平控制 244

10.3 侧滑角控制系统 244

10.3.1 侧滑角动力学和控制系统模型 244

10.3.2 侧滑角控制性能分析 245

10.3.3 控制律参数选择 246

10.4 航向控制系统 248

10.4.1 反馈结构和数学模型 248

10.4.2 抗干扰能力分析 249

10.4.3 控制律参数设计 250

10.5 滚转角控制系统设计和数学仿真实例 251

10.5.1 设计状态和数学模型 251

10.5.2 设计性能指标和控制参数计算 251

10.5.3 数学仿真设计 252

10.5.4 数学仿真和分析 252

10.6 侧滑角控制系统设计和协调转弯数学仿真实例 255

10.6.1 侧滑角性能指标和控制参数计算 255

10.6.2 协调转弯控制数学仿真设计 256

10.6.3 数学仿真和分析 257

10.7 航向角控制系统设计和数学仿真实例 261

10.7.1 设计性能指标和控制参数计算 261

10.7.2 数学仿真设计 263

10.7.3 数学仿真结果和分析 263

第11章 横侧向波束导引和轨迹控制系统 269

11.1 飞机横侧向运动的轨迹控制问题 270

11.2 侧向波束导引的运动学模型 271

11.3 侧向波束导引控制系统设计 273

11.3.1 反馈结构分析和数学模型 273

11.3.2 控制律参数计算和性能 274

11.4 横侧向轨迹的运动学模型 276

11.5 横侧向轨迹控制系统设计 277

11.5.1 反馈和系统构型分析 277

11.5.2 系统数学模型和性能分析 278

11.5.3 近似数学模型和控制律参数计算 279

11.6 侧向波束导引控制系统的设计和数学仿真实例 280

11.6.1 侧向波束导引控制系统设计 280

11.6.2 数学仿真设计 281

11.6.3 数学仿真和分析 281

11.7 横侧向轨迹控制系统的设计和数学仿真实例 287

11.7.1 控制律参数计算和数学仿真设计 287

11.7.2 数学仿真和分析 288

11.8 航路之间的转换飞行和提前转弯 294

第12章 无人驾驶飞机自动飞行控制系统 297

12.1 无人驾驶飞机的操纵形式 298

12.2 自主驾驶中的驾驶程序设计 300

12.3 数据链路中断后的驾驶程序 303

12.4 无人机和有人驾驶飞机AFCS的差异 304

参考文献 305

附录A 有因次导数计算公式 307

附录B 算例飞机导数 311

附录C 算例飞机小扰动线性化运动方程 321

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