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| 編輯推薦： |
从预测控制原理出发，讨论高超声速飞行器的预测控制器设计问题的一本专著！
涉及了状态反馈预测控制、输出反馈预测控制、快速预测控制等内容。
智能交通与运载工程前沿技术丛书：
全面科学地阐述智能交通系统及运载工程的前沿技术、理论和应用，以科学性、系统性与导向性为目标，涵盖车辆调度、车-路控制、交通大数据分析、通信及计算等智能交通所涉及的所有领域。
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| 內容簡介： |
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本书是关于吸气式高超声速飞行器预测控制理论与方法的一本著作，是作者多年从事高超声速飞行器控制研究的总结。书中详细介绍了高超声速飞行器的研究进展；高超声速飞行器的运动模型及其特性分析；预测控制理论；基于线性化模型的高超声速飞行器预测控制；高超声速飞行器鲁棒预测控制；高超声速飞行器滑模预测控制；基于干扰观测器的高超声速飞行器预测控制；高超声速飞行器输出反馈预测控制；高超声速飞行器高效预测控制。
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| 目錄：
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智能交通与运载工程前沿技术丛书序言
前言
第1章 绪论1
1.1 高超声速飞行器概况1
1.2 高超声速飞行器研究概况2
1.2.1 国外研究概况2
1.2.2 国内研究概况4
1.3 高超声速飞行器控制概况4
1.3.1 高超声速飞行器运动特点4
1.3.2 高超声速飞行器控制研究概况5
1.4 本书的特色与内容安排8
第2章 高超声速飞行器运动模型及其特性分析10
2.1 常用坐标系及其转换10
2.2 一般飞行器运动方程组11
2.2. 1 动力学方程12
2.2.2 运动学方程13
2.2.3 辅助方程14
2.2.4 飞行器运动方程组的简化与分解15
2.3 高超声速飞行器纵向运动模型及其特性分析16
2.4 本章小结19
第3章 预测控制理论20
3.1 预测控制基本原理21
3.1.1 预测模型21
3.1.2 滚动优化21
3.1.3 反馈校正22
3.2 预测控制问题的描述23
3.3 广义预测控制算法24
3.3.1 对象模型24
3.3.2 滚动优化26
3.3.3 在线辨识与校正28
3.4 广义预测控制在液位系统中的应用29
3.4.1 二容液位系统及其建模29
3.4.2 仿真结果30
3.5 本章小结30
第4章 基于线性化模型的高超声速飞行器预测控制31
4.1 基于状态空间方程的预测控制算法31
4.2 基于状态空间方程的预测函数控制算法35
4.3 基于小扰动线性模型的高超声速飞行器预测控制40
4.3.1 一般预测控制结果与分析40
4.3.2 预测函数控制结果与分析53
4.4 基于完全线性化模型的高超声速飞行器预测控制67
4.4.1 非线性模型完全线性化67
4.4.2 一般预测控制结果与分析69
4.4.3 预测函数控制结果与分析72
4.5 本章小结80
第5章 高超声速飞行器鲁棒预测控制81
5.1 基于多胞型模型的高超声速飞行器鲁棒预测控制81
5.1.1 基本原理81
5.1.2 仿真结果与分析84
5.2 基于线性分式模型的高超声速飞行器鲁棒预测控制92
5.2.1 基本原理92
5.2.2 仿真结果与分析94
5.3 本章小结104
第6章 高超声速飞行器滑模预测控制105
6.1 理论基础106
6.1.1 滑模变结构控制基本原理106
6.1.2 滑模预测控制基本原理106
6.2 基于状态空间模型的滑模预测控制107
6.2.1 滑模预测模型107
6.2.2 反馈控制律108
6.2.3 仿真结果与分析109
6.3 基于线性矩阵不等式的滑模预测控制114
6.3.1 滑模预测模型115
6.3.2 反馈控制律115
6.3.3 仿真结果与分析119
6.4 本章小结121
第7章 基于干扰观测器的高超声速飞行器预测控制123
7.1 匹配与不匹配不确定性123
7.2 问题描述124
7.3 基于非线性干扰观测器的预测控制规则125
7.3.1 模型转化125
7.3.2 基于线性矩阵不等式的鲁棒跟踪预测控制127
7.3.3 干扰观测器128
7.3.4 组合控制规则设计129
7.3.5 两种补偿方式129
7.3.6 仿真结果与分析134
7.4 基于模型修正的预测函数控制146
7.4.1 输出模型修正146
7.4.2 仿真结果与分析147
7.5 基于干扰补偿的优跟踪控制151
7.5.1 优控制器设计151
7.5.2 复合控制器设计151
7.5.3 仿真结果与分析152
7.6 本章小结160
第8章 高超声速飞行器输出反馈预测控制161
8.1 问题描述162
8.2 高超声速飞行器输出反馈预测控制器设计163
8.2.1 构造设计模型163
8.2.2 扰动模型和观测器设计163
8.2.3 控制器设计165
8.2.4 仿真结果与分析167
8.3 基于PI观测器的飞行器姿态输出反馈预测控制176
8.3.1 姿态系统模型及其转换176
8.3.2 预测控制器设计178
8.3.3 仿真结果与分析179
8.4 本章小结181
第9章 高超声速飞行器高效预测控制183
9.1 调度鲁棒预测控制及其改进策略183
9.1.1 基于多胞型模型的鲁棒预测控制183
9.1.2 离线鲁棒预测控制186
9.1.3 调度预测控制187
9.1.4 基于调度策略的离线鲁棒预测控制算法188
9.2 基于调度离线预测控制的高超声速飞行器控制器设计190
9.2.1 预测模型190
9.2.2 离线控制规则190
9.2.3 在线控制191
9.2.4 仿真结果与分析192
9.3 双模预测控制理论197
9.3.1 基于椭圆不变集的双模预测控制方法197
9.3.2 不变集的定义及其计算199
9.3.3 基于多面体不变集的双模预测控制方法199
9.3.4 多参数二次规划解的性质200
9.4 高超声速飞行器离线双模预测控制器设计200
9.4.1 预测模型200
9.4.2 离线设计控制规则201
9.4.3 在线控制202
9.4.4 仿真结果与分析202
9.5 本章小结203
参考文献205
附录211
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| 內容試閱：
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高超声速飞行器是指飞行速度大于 5 倍声速、运行在距离地面 20～100km临近空间的飞行器，包括高超声速巡航导弹、高超声速助推滑翔飞行器和空天飞机等。该类飞行器是航空与航天紧密联系的产物，在全球打击、侦查监视和远程运输等方面应用潜力巨大，现已成为航空航天领域的研究热点之一。高超声速技术是航空航天界的战略制高点，其发展需要气动、推进和控制等学科的高度交叉和深度融合。控制系统作为高超声速飞行器的神经中枢，是保证其安全飞行、完成任务的关键。
高超声速飞行器采用机身/发动机一体化设计，使得其动力学呈现气动/推进
耦合新特性。特殊的气动布局，使得其数学模型为高阶的非线性微分方程。大空域飞行时大气压力和密度变化范围大，使得其模型参数变化异常显著。此外，高超声速飞行时由于受到复杂的气动热和力作用，这些作用部分机理尚未明确，使得其模型存在诸多的不确定性。总之，高超声速飞行器有比常规飞行器更为复杂的耦合、非线性、快时变、不确定等动力学特性，这给控制系统设计带来了许多新的挑战，急需开展控制新理论、新方法的研究。
预测控制是一种新型计算机控制算法，是从实践中发展起来的控制策略，包括了预测模型、滚动优化和反馈校正三要素，广泛用于化工、机电、航空航天领域。从信息利用来看，预测控制综合了过去、现在和将来的信息，这对提高系统的控制性能具有很好的作用。预测控制一大特点就是约束处理能力，在得到最优解的同时满足系统约束要求。
本书从预测控制原理出发，讨论了高超声速飞行器的预测控制器设计问题，涉及了状态反馈预测控制、输出反馈预测控制、快速预测控制等内容。这些内容为作者的多年研究成果整理而成，对于研究高超声速飞行器控制具有较好的参考价值。本书第1～5章和8、9章由唐伟强执笔；第6章由高海燕、唐伟强共同执笔；第7章由高海燕执笔；全书由唐伟强统筹定稿。
本书写作过程中，参阅了许多相关文章和著作，在此向各位作者致以诚挚的感谢。本书的部分研究成果得到了国家自然科学基金项目（编号：62063018）资助，在此表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者批评指正。
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