《Compound Control Methodology for Flight Vehicles》

请叫我雷锋

《Compound Control Methodology for Flight Vehicles》
飞行器复合控制方法
作者：
Yuanqing Xia
Mengyin Fu
School of Automation
Beijing Institute of Technology
出版社：Springer
出版时间：2013年

《Compound Control Methodology for Flight Vehicles》

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目录
1 OverviewofSMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Background. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Recent Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Discrete Time SMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Output Feedback SMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Adaptive SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.4 Intelligent SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.5 Finite-Time Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.6 Integral SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.7 Higher Order SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.8 PID SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.9 Time-Verying SMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.10 Optimal SMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Overview of ADRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 ADRC Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1 TD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.2 ESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.3 Nonlinear Combination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Analysis of ADRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4 Technical Aspects of ADRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 Practical Application of ADRC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.5.1 Flight Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5.2 Ship Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5.3 Robot Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5.4 Mission Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5.5 Power Plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.6 New Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.7 Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
XVI Contents
2.5.8 Motion Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.9 Vehicle Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5.10 Motor Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5.11 Servo System Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5.12 Other Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6 New Developments of ADRC over World . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7 Opportunities and Challenges of ADRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.8 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3 Overview of Flight Vehicle Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1 Background. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2 Attitude Control and Tracking of Spacecraft . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.1 Attitude Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.2 Attitude Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3 Control of Missile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Guidance and Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 The Descriptions of Flight Vehicle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Reference Coordinate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Attitude Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.1 Euler Angle Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Quaternion Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.3 Relationship between Quaternion
and Euler Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.4 Cosine Matrix Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.5 Rodrigues Parameter Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4 Attitude Kinematics Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 Attitude Dynamics Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5 SMC for Missile Systems Based on Back-Stepping
and ESO Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.2 Nonlinear Missile Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3 Back-Stepping SMC Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.3.1 The Back-Stepping Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.3.2 SMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.3.3 Extended State Observer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.4 Stability Analysis of Closed-Loop Dynamics . . . . . . . . . . . . . 73
5.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Contents XVII
6 Adaptive SMC for Attitude Stabilization in Presence
of Actuator Saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2 Nonlinear Model and Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3 SMC Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3.1 SMC Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.2 SMC with Adaptive Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.3.3 Stability Analysis of the Closed-Loop Dynamics . . . . 88
6.4 Control Design under Input Saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.5.1 Attitude Stabilization with Inertia Uncertainties
and External Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.5.2 Attitude Stabilization with Actuator Saturation,
Inertia Uncertainties and External Disturbances . . . . 98
6.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7 Adaptive Nonsingular Terminal SMC
for Rigid Spacecraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.2 Nonlinear Model and Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.2.1 Spacecraft Attitude Dynamics and Kinematics . . . . . . 104
7.2.2 Sliding Mode Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.3 Control Design with NTSMC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.4 Control Design with Adaptive Method and NTSMC . . . . . . . 109
7.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.5.1 Simulations of Control Design with NTSMC . . . . . . . . 116
7.5.2 Simulations of Control Design with Adaptive
Method and NTSMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8 Attitude Tracking of Rigid Spacecraft with
Uncertainties and Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.2 Nonlinear Model and Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.3 SMC with Adaptive Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
8.4 SMC Design with ESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8.4.1 SMC Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
8.4.2 SMC with ESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.4.3 Stability Analysis of Closed-Loop Dynamics . . . . . . . 139
8.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.5.1 SMC with Adaptive Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.5.2 SMC with ESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
XVIII Contents
9 SMC for Attitude Tracking of Rigid Spacecraft
with Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
9.2 Nonlinear Model and Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . 157
9.3 SMC Design with Disturbance Observer/Differentiator . . . . . 159
9.3.1 Prescribed Sliding Mode Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.3.2 Smooth Nonlinear Disturbance
Observer/Differentiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
9.3.3 Stability Analysis of Closed-Loop Dynamics . . . . . . . . 163
9.4 SMC Design under Actuator Saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
9.5.1 Attitude Stabilization with Inertia Uncertainties
and External Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
9.5.2 Attitude Stabilization with Inertia Uncertainties,
External Disturbances and Control
Input Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
9.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
10 Missile Guidance Law Based on ESO Techniques . . . . . . . . 193
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
10.2 Intercept Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
10.3 Basic Control Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
10.4 SMC with ESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
11 Missile Guidance Laws Based on SMC and FTC
Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
11.2 Intercept Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
11.3 Basic Control Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
11.4 Fault Tolerant Control Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
11.5 Simulation Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
11.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
12 Cooperative Attack of Multiple Missiles Based on
Optimal Guidance Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
12.2 The Optimal Guidance Law by One Missile on the Plane . . . 227
12.3 The Optimal Guidance Law of Many to One . . . . . . . . . . . . . . 229
12.4 Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
12.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259


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Ken

恐怕要花很多時間才讀得懂吧,先收藏了,謝謝分享!

璀璨星空

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jjj

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oygx210

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xiaoguo1216

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