无人飞行器梯度风滑翔建模与控制

　　梯度风滑翔是一种可实现无人飞行器长航时和远距离飞行的特殊飞行方式。《无人飞行器梯度风滑翔建模与控制》通过飞行器动力学建模、梯度风动态滑翔能量获取机理分析、航迹优化方法、梯度风能利用策略分析、梯度风动态滑翔系统的平衡稳定性分析等研究，为无人飞行器利用梯度风能实现其长航时和远距离飞行提供了基本的设计思路和分析方法，同时为实现以任务规划为前提的风梯度动态滑翔航迹优化提供了技术支撑。《无人飞行器梯度风滑翔建模与控制》适合飞行器设计专业的高年级本科生和研究生使用，也可供从事飞行器设计工作的研究人员和工程技术人员参考。

　　朱炳杰，2016年毕业于国防科技大学，获航空宇航科学与技术专业博士学位。现任国防科技大学空天科学学院讲师，主要从事无人飞行器总体设计、飞行器航迹优化与控制等方面的研究。主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、航天基金等科研项目四项，发表学术论文20余篇。

●章绪论 11.1 梯度风滑翔 11.1.1 无人机的应用 11.1.2梯度风滑翔的由来 21.1.3 梯度风滑翔的类型 51.2 梯度风滑翔的研究进展 111.2.1 梯度风场感知与建模 111.2.2梯度风滑翔机理与航迹优化 111.2.3 梯度风动态滑翔机的设计和飞行实验 171.3 国内的研究 24第二章梯度风滑翔的运动机理和运动特性分析 252.1 自然界中适合梯度风动态滑翔的风场条件 252.1.1 大气中适合梯度风动态滑翔的条件 252.2.2 风场建模 272.3 梯度风动态滑翔建模坐标系的选择322.4 无人机的动力学建模 342.4 能量方程 362.5 梯度风动态滑翔航迹优化方法 392.6 梯度风动态滑翔中边界问题分析 42本章小结 47第三章梯度风动态滑翔的航迹方向范围分析 493.1 梯度风动态滑翔航迹以及能量获取过程 493.1.1 梯度风动态滑翔航迹的特点 493.1.2 梯度风动态滑翔航迹方向角分析 513.1.3 梯度风动态滑翔航迹的分段分析 523.2 仿真分析与讨论 573.2.1 优化问题的设置 573.2.2 优化问题的求解 583.3 典型切入角的分析 本章小结68第四章基于航迹设计的梯度风能利用策略分析 694.1 梯度风动态滑翔中的任务规划 694.2 建模与分析 704.3 梯度风动态滑翔的航迹边界约束 724.4 关于远距离与长航时的能量计算方法 734.4.1 长航时开环模式 744.4.2 长航时闭环模式 744.4.3 远距离开环模式 754.5 梯度风动态滑翔过程中的非线性控制问题 754.6 三种模式下梯度风动态滑翔的相关特征 77本章小结 83第五章梯度风动态滑翔系统的平衡点 855.1 数学建模 855.2 平衡曲线方程 905.2.1 求解平衡方程905.2.2 平衡曲线的存在性 915.3 平衡上升指标判据 1035.3.1 优升力系数 1075.3.2 小风梯度与环境因子 1085.3.3 翼载荷 1125.4 平衡曲线和能增纺锤体 112第六章平衡曲线的稳定性与分岔 1146.1 平衡点的分岔 1146.1.1 归一化方程 1146.1.2 平衡曲线的稳定性 1156.2 风梯度对分岔点拓扑性质的影响 1256.2.1 折曲线 1256.2.2 Hopf曲线 127本章小结 130第七章梯度风动态滑翔系统的平衡点和优控制 1317.1 平衡点与周期优控制1317.1.1 正则系统 1317.1.2 正则系统的平衡解 1357.1.3 频率测试 1387.2 优动态滑翔的数值解 146本章小结 153