飞行器动力学建模与仿真

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课程特点
新的专业知识点不是很多，而重点强调将 以前所学的知识综合；
机理分析、物理直觉、数学推导分析与计 算机仿真的综合，中间的一些小作业也是 这几方面的综合，最终解往往不唯一；
以系统工程设计的管理方式，将学生分成 几个小组，以组内讨论的方式进行完整的 设计流程，并择机在课堂上讲解并交流；
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控制理论与工程之沟(1)
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控制理论与工程之沟(2)
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系统工程的传承性
控制工程对于广义的系统工程设计的指导价值 ；
系统工程的传承性； 传承与创新的关系；
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结合点
“至少应该熟悉一个具体领域中的工程实 际问题，这样才能对这一学科的基本命题 、方法和结论有深刻的理解”。
“没有工程技术的实际知识和实践经验， 就缺少完全理解和彻底掌握工程控制论的 基础” 。
帮助学生理解控制知识怎样应用到实践中 去，理清思路。
工程师没有学很多的理论，可是能解决很多实际 问题；而现在控制理论教学与研究的问题是：学 生学了很多理论和公式，却很茫然。学了很多数 学符号如何与工程师交流？
只见树木，不见森林：越来越多的知识通过怎样 的途径才能联系起来？控制知识必须通过用力的 实际平台支撑。
动力学、制导与控制 (控制工程)
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提纲
开课目的与课程介绍； 飞行力学中的一些基本概念； 飞行器飞行的力学原理； 飞行器动力学与运动学方程组的建立； 飞行器力学的模型简化与分析； 飞行控制的设计； 飞行轨迹与导引(制导)规律设计； 一些新方法的介绍；
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第一部分
课程介绍
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开课目的
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飞行器平台与系统工程人才培养(2)
国内以航空航天为特色的院校，在控制领 域都具有很强的实力，这也充分说明了控 制的学习与研究如果脱离了实际对象将成 为无源之水，无本之木。
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课程主要内容
飞行器动力学的力学基础(解释飞行器为何 能飞以及改变其飞行状态的机理)；
飞行器的制导(飞行器的飞行轨迹是怎样设 计的以完成特定的任务)；
数等频域知识； *状态观测器的设计； *数值逼近与非线性规划的思想； Matlab中主要基本控制分析函数的使用； 熟练使用C或者C++语言；
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讲授特点
以PPT为主线，遇到关键性的原理讲解时，以板 书推导为主，希望加深大家的印象。
本PPT是从几个经典教材中提炼出来的，避免纠 结于过多的原理细节，回避过多的力学上的数学 描述而引起读者的茫然，采取让学生在实例使用 中逐渐理解的策略，这也是我本人的一个体会： 逐渐培养学生对于控制的感性认识，而避免抽象 的无处不在的理性。类比于语言的教学，在很多 情况下，语感比语法更加重要。
适当时候系统回顾一下所学的东西，梳理出条理， 理解物理本质，取其精华，去其糟粕。
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课程介绍
结束
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第二部分
飞行力学中的基本概念
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基本概念
飞行器的受力； 升力如何产生； 制导、导航与控制的关系；
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飞机为何能飞(1)
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推力来源：发动机.
阻力来源：空气对机身 的阻力和摩擦力.
升力来源：伯努利原理.
重力来源：万有引力.
飞机为何能飞(2)
伯努利原理
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飞机为何能飞(3)
弓形机翼明显看出气流在经过机翼上面的 时候所过的路程显然大于气流在经过机翼 下面的时候所过的路程，所以机翼上端的 气流流速大于机翼下端，所以机翼下端的 压力就大于机翼上端，产生了压力差，升 力就這麼產生了。
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制导、导航与控制(GNC)
制导(Guidance)：规划出一条航行轨迹； 导航(Navigation)：测量飞行器的实际姿态
与位置； 控制(Control)：操纵飞行器沿着规划好的航
行轨迹运动。
对应于标准的反馈控制框图，GNC分别对应于哪些元素？
飞行器的升力基本由弹翼ຫໍສະໝຸດ Baidu供
常见的翼形
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怎样学习与读书
在有经验的教师指导下有选择的读特定的章节， 而不是通篇浏览，否则会索然乏味，不知所云， 或者书读得越多，受到的思想束缚也越多，成为 文字的奴隶；
主动跟老师交流迷惑的问题，可能得到很简单便 捷的理解；
对于不太多也不很繁琐的作业自己推导与编程， 熟悉整个流程，思考一下物理合理性；
飞行器的控制(怎样通过操纵执行机构使得 飞行器能够跟踪制导指令)；
一些现代新方法在飞行器制导与控制上的 应用。
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本课程的重点针对对象
主要以大气层内的有翼飞行器为重点对象.一则与我们更加 接近,更容易为大家所理解;二则这个对象的一些主要分析研 究方法和思想,可以为更广泛的领域所借鉴.
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有翼式飞行器
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飞行器平台对于控制发展的影响
莱特的第一架飞机在构造上没有与先前的 设计有多少特殊之处，唯一的差别是引入 了飞行舵面进行操纵，才能维持稳定的飞 行；
钱学森的《工程控制论》就是其在Caltec通 过以飞行器为平台讲授控制原理的基础上 丰富完善的；
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飞行器平台与系统工程人才培养(1)
在我国，以飞行器为研制主体的航空航天 领域是目前国内少有的独立进行完全控制 系统设计的单位，经过多年的不断完善， 这一条流水线上培养的控制工程师经过了 系统而严格的训练，不仅在控制领域具有 丰富的经验，而且控制工程师也是培养总 设计师最多的分系统专业，因为这个专业 需要全面系统的分析和理解问题。
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基础知识要求
牛顿力学基础； 高等数学初步； 数值计算方法； 自动控制原理； 现代控制理论部分知识； Matlab与C语言；
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涉及到的主要知识点
关于受力分析的基本直觉和一些基本概念(得到的 设计结果都从最直观的地方思考下是否合理)；
泰勒展开(抓住主要矛盾的最基本手段)； 数值求解微分方程组(描述一个对象)； 根轨迹、稳定裕度(工程师的吃饭家伙)与描述函
•一切都要经过实践的检验，要么辨明存在的价 值，要么放弃存在的理由。
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教学目的
了解作为一个控制工程师或者系统工程师 最基本的工作流程和规范，怎样入手、分 析和解决问题以及如何进行系统验证；
以飞行器为平台，借助于直观的物理理解 和直觉，帮助学生深入理解和体会已学的 控制知识；
帮助学生树立折中、辩证的系统观，抓住 事物的主要矛盾，简化问题，建立正确的 美学观念；