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第1章 概述1

1.1 运动体的概念1

1.2 研究运动体运动与控制的实际意义2

1.3 运动体控制问题的发展历史与现状2

1.3.1 飞行器操纵控制的发展历史与现状2

1.3.2 船舶操纵控制的发展历史与现状4

1.3.3 车辆操纵控制的发展历史和现状9

习题与思考题11

第2章 物理基础12

2.1 相关理论力学基础12

2.2 相关流体力学基础17

2.3 平面进行波23

2.4 随机海浪25

2.4.1 随机海浪概述25

2.4.2 随机海浪的统计特性和谱分析29

2.5 海流37

2.6 海风和海风的谱分析38

习题与思考题40

第3章 运动及其描述41

3.1 常用坐标系41

3.2 飞行力学变量43

3.2.1 飞行器相对地面姿态的确定43

3.2.2 航迹速度矢量的确定46

3.2.3 空气动力学变量的确定47

3.2.4 描述风影响的角度49

3.2.5 速度方程51

3.2.6 转动角速度方程51

3.2.7 操纵偏角52

3.3 确定飞行器位置的变量52

3.4 航行力学变量53

3.4.1 地面坐标系（静坐标系）53

3.4.2 船体坐标系（动坐标系）53

3.4.3 水中运动体航行力学变量54

3.4.4 确定航行体位置的变量54

3.5 运动体的运动方程55

3.5.1 运动学方程56

3.5.2 动力学方程式56

3.5.3 质量变化方程58

3.5.4 控制方程58

3.5.5 可控制运动轨迹方程组58

习题与思考题59

第4章 运动体受到的扰动60

4.1 海浪、风及海流对海洋运动体的扰动60

4.1.1 海洋运动体在波浪中的航行60

4.1.2 海浪作用于海洋运动体的扰动力和扰动力矩64

4.1.3 风和海流对海洋运动体的扰动力和扰动力矩70

4.2 利用MATLAB对海浪的仿真72

4.2.1 海浪的基本特性与数学描述72

4.2.2 海浪波能谱73

4.2.3 海浪的数字仿真74

4.3 风对空中运动体的扰动76

4.4 陆地运动体受到的扰动78

4.4.1 车辆的转向特性79

4.4.2 作用于质心的侧向力引起的运动80

4.4.3 侧风引起的车辆运动83

习题与思考题85

第5章 运动体运动控制装置86

5.1 运动体运动控制装置概述86

5.2 舵和鳍的水动力特性88

5.2.1 舵和舵的水动力特性［42～48,66］88

5.2.2 鳍和鳍的水动力特性［67～72］95

5.3 螺旋桨及其水动力特性105

5.3.1 螺旋桨产生的升力计算105

5.3.2 敞水螺旋桨特性107

5.3.3 在非均匀流体中的螺旋桨性能108

5.3.4 螺旋桨的动量定理109

5.3.5 螺旋桨的推力减额110

5.4 舵和翼的气动力特性110

5.5 推力矢量控制装置111

5.5.1 推力矢量控制在战术导弹中的应用112

5.5.2 推力矢量控制的实现方法112

5.5.3 推力矢量控制系统的性能描述115

习题与思考题116

第6章 运动状态的测量117

6.1 状态变量和输出变量的可测量性117

6.2 水动力学量120

6.2.1 作用于海洋运动体微元上的速度和加速度120

6.2.2 作用于海洋运动体的力和力矩121

6.3 空气动力学量126

6.3.1 飞行高度的测量126

6.3.2 空速与马赫数的测量129

6.3.3 迎角和侧滑角的测量131

6.3.4 大气数据计算机134

6.4 惯性量137

6.4.1 线加速度传感器137

6.4.2 陀螺仪141

6.5 方位测量147

6.5.1 航向陀螺仪147

6.5.2 陀螺磁罗盘149

6.6 位置测量151

6.6.1 定位151

6.6.2 无线电测高和雷达测高151

6.6.3 无线电测距152

6.6.4 卫星定位153

6.7 导航定位154

6.7.1 导航系统概述154

6.7.2 惯性导航系统155

习题与思考题158

第7章 空中运动体的纵向运动控制159

7.1 空中运动体的纵向运动模型159

7.1.1 弹体运动方程简化研究方法159

7.1.2 弹体运动方程的简化160

7.1.3 弹体纵向短周期扰动运动模型162

7.2 空中运动体的动力学分析163

7.2.1 弹体纵向运动传递函数163

7.2.2 弹体纵向运动动态特性分析165

7.2.3 干扰作用下弹体纵向运动分析166

7.3 空中运动体纵向运动控制原理168

7.3.1 导弹的纵向控制原理168

7.3.2 导弹的纵向气动力控制实现170

7.4 导弹纵向运动的稳定与控制176

7.4.1 概述176

7.4.2 俯仰角的自动稳定与控制177

7.4.3 弹体纵向姿态运动的无静差的控制182

7.4.4 飞行轨迹的稳定与控制183

7.5 导弹纵向控制系统及其设计189

7.5.1 俯仰角稳定控制系统的组成189

7.5.2 俯仰角稳定控制系统分析与设计190

7.6 利用MATLAB对导弹纵向运动仿真192

7.6.1 基于MATLAB的俯仰角稳定控制系统分析192

7.6.2 利用MATLAB实现导弹纵向运动仿真过程193

习题与思考题198

第8章 水面运动体航向运动控制199

8.1 水面运动体航向运动模型199

8.1.1 水面运动体操纵运动的线性化模型199

8.1.2 船舶操纵运动非线性模型202

8.2 水面运动体动力学分析204

8.3 水面运动体航向运动控制原理206

8.4 水面运动体运动航迹控制207

8.4.1 船舶数学模型207

8.4.2 作用于系统的干扰208

8.4.3 航迹跟踪的控制策略209

8.5 舰船航向控制系统及其设计211

8.5.1 随动舵控制系统及其设计211

8.5.2 航向控制自动舵控制系统及其设计212

8.6 利用MATLAB对船舶航向运动仿真215

习题与思考题216

第9章 车辆的运动与操纵217

9.1 车辆的定义217

9.2 期望的车辆特性218

9.3 车辆力学术语220

9.4 基本操纵模型220

9.4.1 作用于车辆的外力与外力矩221

9.4.2 基本操纵模型假设222

9.5 车辆的运动方程式222

9.5.1 在车辆固定坐标系中的运动方程式223

9.5.2 在地面固定坐标系中的运动方程式229

习题与思考题230

第10章 航天器飞行控制简介231

10.1 航天器控制系统231

10.1.1 航天器231

10.1.2 航天器控制系统的任务232

10.1.3 航天器控制系统的构成235

10.1.4 航天器控制系统采用的控制模式237

10.2 载人飞船的控制技术239

10.2.1 载人飞船的结构组成239

10.2.2 载人飞船的制导与控制240

10.2.3 载人飞船的再入返回控制242

10.3 航天飞机的制导与控制243

10.3.1 航天飞机的结构组成243

10.3.2 航天飞机的控制系统245

10.3.3 航天飞机的飞行控制247

10.4 空间站的控制技术250

10.4.1 空间站的概念和组成250

10.4.2 空间站的用途252

习题与思考题252

参考文献253