飞行器动力学建模与仿真

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？
历史发展
1936年，德国开始进行“制导火箭”研究工程。
著名的V1和V2导弹，是现代制导武器的鼻祖，地地导弹。
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；
基础知识要求
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；
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。
飞机为何能飞(2)
伯努利原理
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。
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
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。
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.
有翼式飞行器
飞行器的升力基本由弹翼提供
常见的翼形
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；
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。
控制理论与工程之沟(1)
控制理论与工程之沟(2)
动力学、制导与控制 (控制工程)
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；
第一部分
课程介绍
开课目的
帮助学生理解控制知识怎样应用到实践中 去，理清思路。
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；
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。
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；
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
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。
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)；
•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。
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；
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。
课程介绍
结束
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第二部分
飞行力学中的基本概念
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；
飞机为何能飞(1)
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.
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；
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” 。