艦載機甲板調(diào)運規(guī)劃與控制方法
定 價:80 元
- 作者: 韓維,劉潔,張勇,蘇析超 著
- 出版時間:2020/3/1
- ISBN:9787516522301
- 出 版 社:航空工業(yè)出版社
- 中圖法分類:E926.392
- 頁碼:150
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《艦載機甲板調(diào)運規(guī)劃與控制方法》主要對艦載機甲板自動調(diào)運規(guī)劃與控制的關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述,包括艦載機滑行、無桿牽引系統(tǒng)、有桿牽引系統(tǒng)的單機調(diào)運路徑規(guī)劃與控制問題,路徑跟蹤控制問題,多同構(gòu)體和多異構(gòu)體的協(xié)同路徑規(guī)劃問題和艦載機調(diào)運出動任務(wù)規(guī)劃問題四個方面。旨在為艦載機調(diào)運自動化的實現(xiàn)夯實基礎(chǔ),從而為保障艦載機調(diào)運安全,提高艦載機調(diào)運效率以及出動效率提供技術(shù)支撐,并為后續(xù)艦載裝備的發(fā)展提供理論依據(jù)。
《艦載機甲板調(diào)運規(guī)劃與控制方法》可作為理工科高等院校自動控制專業(yè)或航空宇航及其相關(guān)專業(yè)研究生的教材,也可作為從事航母與艦載機領(lǐng)域研究人員和工程技術(shù)人員的參考書。
艦載機是航母編隊海上作戰(zhàn)的重要武器,隨著航母可攜帶艦載機數(shù)量的增加,艦載機的出動效率成為影響航母戰(zhàn)斗力的重要因素。為了提高艦載機的出動效率,除了保障能力等因素之外,還需要科學、高效地進行艦載機調(diào)運規(guī)劃。與陸基飛機作業(yè)不同,航母甲板空間狹小,因此其調(diào)運以及出動較陸基飛機會更加復雜。同時,由于航母攜帶的裝備種類雜、數(shù)量多,在狹小的甲板空間上,需要執(zhí)行大量的起降、保障、調(diào)運等作業(yè),在航母甲板上進行調(diào)運以及出動作業(yè)所面臨的安全風險更高。不僅如此,隨著無人機技術(shù)的發(fā)展,無人機上艦也成為必然趨勢,而無人機通常是采取自動滑行的方式,因此它對在甲板上調(diào)運的自動化程度又提出了更高的要求。
在此背景下,本書基于海軍航空大學韓維教授團隊多年在艦載機領(lǐng)域的研究與積累,主要對艦載機甲板自動調(diào)運規(guī)劃與控制的關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述,根據(jù)當前艦載機自動調(diào)運規(guī)劃與控制的相關(guān)研究基礎(chǔ)以及不足,主要對艦載機調(diào)運路徑規(guī)劃及其控制問題和艦載機調(diào)運出動任務(wù)規(guī)劃問題這兩大核心問題進行研究。
本書第1章主要從整個艦面保障流程的角度出發(fā),對艦載機調(diào)運的過程進行了簡述。第2章主要對艦載機艦面調(diào)運路徑規(guī)劃與控制技術(shù)以及其他領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)進行了歸納。第3章主要對艦載機艦面調(diào)運路徑規(guī)劃與控制方法基礎(chǔ)理論進行了介紹。第4章主要針對艦載機滑行、無桿牽引系統(tǒng)、有桿牽引系統(tǒng)的調(diào)運運動學進行了系統(tǒng)建模,通過優(yōu)化調(diào)運時間以及控制的平穩(wěn)性,并考慮飛機在調(diào)運過程中的各種硬性約束,得到符合實際運動約束關(guān)系的路徑規(guī)劃模型;诖,第5章提出了一種基于牛頓迭代的保辛偽譜算法,并基于該算法分別對3種調(diào)運方式的單機調(diào)運路徑規(guī)劃進行了研究。為了使所得出的艦載機調(diào)運路徑可應(yīng)用于實際調(diào)運問題中,第6章考慮偏差以及外界擾動等因素,結(jié)合艦載機調(diào)運的各種約束條件,對第5章在理想情況下規(guī)劃出的調(diào)運路徑進行跟蹤,并設(shè)計魯棒性較強的跟蹤控制方法,得出在擾動環(huán)境下的實際控制律,使艦載機在實際調(diào)運過程中仍可以按照所規(guī)劃的路徑進行調(diào)運。此外,由于多架艦載機常常需要同時進行調(diào)運作業(yè),為此第7章分別對多同構(gòu)體的協(xié)同路徑規(guī)劃和多異構(gòu)體的協(xié)同路徑規(guī)劃這兩大類問題進行了研究。而在艦載機出動過程中,調(diào)運的路徑規(guī)劃只是其中一個重要環(huán)節(jié),且它與艦載機的布列、出動時序息息相關(guān),為此在對艦載機調(diào)運的路徑規(guī)劃及其控制問題研究的基礎(chǔ)上,第8章把艦載機的布列、調(diào)運、出動這三個作業(yè)環(huán)節(jié)統(tǒng)籌考慮,建立艦載機調(diào)運出動任務(wù)規(guī)劃一體化模型,并設(shè)計相應(yīng)的求解方法,以根據(jù)任務(wù)需求自動地制定出科學、合理、高效的艦載機調(diào)運以及出動方案。
在本書撰寫過程中,海軍航空大學李正陽、李樾、吳立堯、崔凱凱、萬兵、梁洪瑜、郭放、崔榮偉、陶俊權(quán)進行了大量的校稿工作,陸軍航空兵研究所徐衛(wèi)國進行了專業(yè)的指導,在此由衷地表示感謝。同時,感謝大連理工大學工程力學系工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室彭海軍副教授、王昕煒博士在辛理論在艦載機路徑規(guī)劃應(yīng)用方面的幫助與支持。由于時間倉促,加上筆者水平有限,不當之處在所難免,敬請各位讀者批評指正。
希望我們的工作與研究能夠?qū)侥概c艦載機領(lǐng)域的研究人員或者愛好者有所幫助,為我國的航母事業(yè)做出貢獻。最后,祝愿我們偉大的祖國繁榮昌盛,祝愿我們偉大的航母事業(yè)蒸蒸日上。
第1章 艦載機艦面調(diào)運概述
1.1 艦載機調(diào)運系統(tǒng)的組成及重要性
1.1.1 調(diào)度模型臺
1.1.2 飛機升降機
1.1.3 機庫大門
1.1.4 飛機牽引車
1.1.5 艦載機系留設(shè)施
1.1.6 飛機調(diào)向轉(zhuǎn)盤
1.2 艦載機艦面調(diào)運程序簡介
1.2.1 升降機作業(yè)
1.2.2 彈射中的調(diào)運作業(yè)
1.2.3 艦載機停放
第2章 艦載機艦面調(diào)運路徑規(guī)劃與控制研究進展
2.1 單架艦載機調(diào)運的路徑規(guī)劃
2.2 艦載機路徑跟蹤控制
2.3 多機在甲板上的協(xié)同路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀
2.4 飛機艦面調(diào)運出動任務(wù)規(guī)劃研究現(xiàn)狀
第3章 艦載機艦面調(diào)運路徑規(guī)劃與控制方法基礎(chǔ)理論
3.1 非線性最優(yōu)控制理論
3.1.1 無約束非線性最優(yōu)控制問題
3.1.2 含不等式約束的非線性最優(yōu)控制問題
3.1.3 最優(yōu)控制問題的漢密爾頓數(shù)學結(jié)構(gòu)
3.2 辛數(shù)學基礎(chǔ)
3.2.1 漢密爾頓動力學系統(tǒng)及保辛概念
3.2.2 作用量及最小作用量原理
3.2.3 生成函數(shù)
3.3 偽譜方法
3.3.1 拉格朗日插值與函數(shù)逼近
3.3.2 基于Legendre函數(shù)的高斯積分
3.3.3 Legendre偽譜近似
3.3.4 微分矩陣
3.3.5 求解最優(yōu)控制問題的Legendre偽譜方法
3.4 Dubins路徑方法
3.5 RVO方法
第4章 艦載機調(diào)運的運動學模型及路徑規(guī)劃模型
4.1 艦載機調(diào)運動力學模型和運動學模型簡述
4.2 艦載機滑行運動學模型
4.3 無桿牽引系統(tǒng)的運動學模型
4.4 有桿牽引系統(tǒng)的運動學模型
4.5 基于最優(yōu)控制方法的路徑規(guī)劃模型
4.5.1 障礙物約束模型
4.5.2 艦載機滑行的路徑規(guī)劃模型
4.5.3 無桿牽引系統(tǒng)的路徑規(guī)劃模型
4.5.4 有桿牽引系統(tǒng)的路徑規(guī)劃模型
4.6 本章小結(jié)
第5章 基于牛頓迭代保辛偽譜算法的單機調(diào)運路徑規(guī)劃研究
5.1 牛頓迭代保辛偽譜算法
5.1.1 預處理
5.1.2 采用LGL偽譜法對4個自變量進行近似化處理
5.1.3 單個區(qū)間內(nèi)采用第三類生成函數(shù)
5.1.4 矩陣組裝及求解
5.1.5 基于牛頓迭代法的最優(yōu)時間一能量的確定
5.1.6 算法流程
5.2 復雜環(huán)境下的算法驗證
5.3 單架艦載機滑行路徑規(guī)劃
5.3.1 實驗環(huán)境及參數(shù)
5.3.2 實驗結(jié)果與分析
5.4 無桿牽引系統(tǒng)的路徑規(guī)劃
5.4.1 實驗環(huán)境及參數(shù)
5.4.2 實驗結(jié)果與分析
5.5 有桿牽引系統(tǒng)的路徑規(guī)劃
5.5.1 實驗環(huán)境及參數(shù)
5.5.2 實驗結(jié)果與分析
5.6 本章小結(jié)
……
第6章 基于滾動時域的艦載機調(diào)運路徑跟蹤控制研究
第7章 多架艦載機調(diào)運的協(xié)同路徑規(guī)劃研究
第8章 基于FFSP的飛機艦面調(diào)運出動任務(wù)規(guī)劃一體化設(shè)計
參考文獻