《近空间飞行器鲁棒受限飞行控制技术》共分十二章，分别包括绪论、近空间飞行器（NSV）的建模与分析、具有输入饱和的NSV姿态控制、基于神经网络饱和补偿的NSV姿态滑模控制、具有输入饱和的NSV姿态回馈递推控制、基于递归小波神经网络干扰观测器的输入饱和NSV姿态控制、具有输入饱和的NSV姿态自适应动态面控制、具有输入饱和的NSV姿态保性能跟踪控制、考虑输入非线性的NSV自适应神经网络保性能姿态控制、基于神经网络的NSV动态受限控制分配、具有输入饱和的NSV姿态容错控制以及具有输入饱和与执行器故障的NSV姿态容错控制。

《近空间飞行器鲁棒受限飞行控制技术》可作为自动化、探测制导与控制技术等专业高年级本科生的参考书，也可供电子信息与控制领域各类专业的研究生、博士生、高等学校教师、广大航空航天类科技工作者和工程技术人员参考。

第1章 绪论

1．1 NSV鲁棒受限控制问题的提出及研究意义

1．2 先进飞行控制方法研究现状

1．2．1 非线性飞行控制方法研究现状

1．2．2 不确定系统控制方法研究现状

1．3 输入饱和控制研究现状

1．3．1 直接设计法

1．3．2 补偿器设计法

1．4 NSV飞行控制技术研究现状

1．5 本书主要内容

第2章 NSV的建模与分析

2．1 引言

2．2 NSV数学建模

2．2．1 基本假设

2．2．2 坐标系定义及飞行器基本运动参数

2．2．3 NSV非线性数学模型

2．3 NSV姿态运动非线性模型

2．3．1 NSV慢回路仿射非线性模型

2．3．2 NSV快回路仿射非线性模型

2．4 NSV的运动特性分析

2．4．1 NSV状态量间的耦合关系

2．4．2 NSV开环特性及干扰对运动特性的影响

2．5 小结

第3章 具有输入饱和的NSV姿态控制

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 干扰观测器的设计

3．4 基于干扰观测器的抗饱和设计

3．5 仿真分析

3．6 小结

第4章 基于神经网络饱和补偿的NSV姿态滑模控制

4．1 引言

4．2 动态滑模控制理论

4．3 径向基神经网络原理

4．4 具有输入饱和的NSV姿态控制系统设计

4．4．1 问题描述

4．4．2 NSV慢回路控制器设计

4．4．3 NSV快回路控制器设计

4．5 NSV姿态控制仿真研究

4．6 小结

第5章 具有输入饱和的NSV姿态回馈递推控制

5．1 引言

5．2 问题描述

5．3 非线性干扰观测器设计

5．4 基于动态面和回馈递推法的控制器设计

5．5 NSV姿态控制仿真研究

5．6 小结

第6章 基于递归小波神经网络干扰观测器的输入饱和NSV姿态控制

6．1 引言

6．2 Nussbaum函数及其性质

6．3 递归小波神经网络干扰观测器的设计

6．3．1 递归小波神经网络结构

6．3．2 基于RWNN的干扰观测器设计

6．4 基于RWNNDO的输入饱和MIMO非线性系统回馈递推控制

6．4．1 问题描述

6．4．2 基于RWNNDO的输入饱和非线性系统控制器设计

6．5 NSV姿态控制仿真研究

6．6 小结

第7章 具有输入饱和的NSV姿态自适应动态面控制

7．1 引言

7．2 基于干扰观测器的动态面控制

7．2．1 问题描述

7．2．2 基于干扰观测器的动态面控制器设计

7．3 NSV姿态控制仿真研究

7．4 小结

第8章 具有输入饱和的NSV姿态保性能跟踪控制

8．1 引言

8．2 问题描述

8．3 具有输入饱和的NSV鲁棒飞行控制器设计

8．4 保性能鲁棒姿态抗饱和控制

8．5 仿真研究

8．6 小结

第9章 考虑输入非线性的NSV自适应神经网络保性能姿态控制

9．1 引言

9．2 问题描述与说明

9．2．1 问题描述

9．2．2 预设性能

9．2．3 神经网络

9．2．4 输入非线性环节分析

9．3 NSV鲁棒保性能跟踪控制器设计

9．4 仿真分析

9．5 小结

第10章 基于神经网络的NSV动态受限控制分配

10．1 引言

10．2 问题描述

10．3 基于神经网络的NSV受限姿态控制设计

10．4 基于递归神经网络的NSV受限控制分配

10．5 仿真结果

10．6 小结

第11章 具有输入饱和的NSV姿态容错控制

11．1 引言

11．2 问题描述

11．3 基于干扰观测器的输入饱和MIMO非线性系统容错控制器设计

11．4 NSV姿态容错控制仿真研究

11．5 小结

第12章 具有输入饱和与执行器故障的NSV容错控制

12．1 引言

12．2 NSV滑模容错控制

12．2．1 问题描述

12．2．2 NSV慢回路控制器设计

12．2．3 NSV快回路容错控制器设计

12．3 仿真研究

12．4 小结

附录A 坐标转换矩阵

附录B 引理5．1证明

附录C 引理6．1证明

参考文献

近空间飞行器（Near Space Vehicle，NSV）集传统飞机、空天飞行器、卫星等多种飞行器优点于一体，具有如下突出优势：反应能力快速，便于任务的执行；不易被发现，安全可靠、生存能力强；续航时间长，便于数据情报的长期收集；飞行高度高，覆盖范围广，可以探测更多的信息。正因为如此，世界各国对NSV投入了越来越多的研究费用和精力。为适应全球范围内航空航天高科技的发展趋势，满足国家安全和国民经济发展的需要，我国在NSV领域也开展了相应研究。国家自然科学基金委先后开展了“空天飞行器若干重大基础问题”和“NSV的关键基础科学问题”两项重大研究计划。总的来说，设计一个安全有效的NSV控制系统具有极大的研究价值，引起了国内外广大学者的积极探索和研究。

输入饱和作为一种常见的非线性存在于大多数实际系统中，给控制系统的设计与稳定性分析带来了巨大的困难。输入饱和问题一般是由执行机构本身物理局限性造成的，例如有限的舵面偏转角、阀的开度、电机的扭矩等。一般情况下，输入饱和对于控制系统设计来说是不可随意忽略的，否则可能会给实际控制系统带来不利的影响，如降低控制系统的性能指标（引起滞后、调节时间延长、超调量变大，振荡加剧等），甚至可能导致系统产生不稳定现象，造成重大事故。对于NSV来说，输入饱和问题同样存在。当NSV做大机动飞行时，由于姿态角或角速度指令较大，同时NSV还要遭受到各种干扰和系统故障的影响，这些因素容易使得NSV飞行所需的控制力和力矩过大，超出执行器所能承受的范围，造成控制设计期望值与执行器实际输出不一致，从而产生输入饱和现象。若控制系统不能及时地从饱和状态中退出，则可能会导致飞行器失稳，引发坠机危险。因此，研究输入饱和限制下的NSV控制系统具有重要的理论和实际意义，是现代控制领域研究的热点与难点之一，受到了广大学者的普遍关注。

本书作为一本涉及具有输入饱和的NSV鲁棒自适应非线性控制方法最新研究成果的著作，可以作为控制科学与控制工程领域，以及其他相关领域的各专业高年级本科生的参考书，也可以供电子信息与控制领域各类专业的硕士研究生、博士研究生、高等学校教师、广大航空航天类科技工作者和工程技术人员参考。

本书获得江苏省自然科学基金杰出青年基金项目（SBK20130033）、国家自然科学基金面上项目（61174102）和教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-11-0830）的资助.在此深表感谢！

本书在撰写过程中，得到了广大师长和朋友的热忱帮助，特别是南京航空航天大学自动化学院姜长生教授和吴庆宪教授所在研究团队的大力支持和帮助。同时本书撰写时也参阅和引用了国内外有关NSV建模与控制以及不确定系统受限控制的相关著作和文献的内容，特别是王玉惠副教授、朱亮博士、周丽博士、方炜博士、都延丽博士、张军博士、蒲明博士、王宇飞博士、傅健博士、张强博士、杨青运博士、周砚龙硕士、于靖硕士的相关研究成果，作者在此表示衷心的感谢。

由于作者学识浅薄、水平有限，书中难免有错误和不当之处，欢迎读者批评指正，同时表示感谢。