模塊變形航天器因系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)隨時間變化，給姿態(tài)控制帶來了新的挑戰(zhàn)。
《模塊變形航天器的姿態(tài)控制技術(shù)》圍繞模塊變形航天器轉(zhuǎn)動慣量在軌辨識與組合航天器姿態(tài)控制兩個方面的問題進(jìn)行了深入研究。內(nèi)容包括：模塊變形航天器姿態(tài)動力學(xué)建模方法；航天器轉(zhuǎn)動慣量在軌辨識；優(yōu)激勵軌跡設(shè)計(jì)；時變參數(shù)航天器自適應(yīng)控制；航天器有限時間姿態(tài)控制；執(zhí)行器飽和條件下的姿態(tài)跟蹤控制；無退繞姿態(tài)控制等。
《模塊變形航天器的姿態(tài)控制技術(shù)》的特色在于將姿態(tài)控制律在特殊正交李群SO（3）上進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了不穩(wěn)定的退繞現(xiàn)象。
《模塊變形航天器的姿態(tài)控制技術(shù)》提出的控制方法和辨識方法，可為航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生、高年級本科生和相關(guān)研究人員提供參考。
自人類成功發(fā)射首顆人造衛(wèi)星以來，持續(xù)半個多世紀(jì)的太空探索推動了航天技術(shù)的快速進(jìn)步，給國家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活等領(lǐng)域帶來了翻天覆地的變化。航天器的結(jié)構(gòu)、組成也日趨復(fù)雜，性能、造價與發(fā)射成本也不斷提高，對在軌服務(wù)的需求應(yīng)運(yùn)而生。在軌服務(wù)涵蓋的任務(wù)種類繁多，但無論以何種任務(wù)為背景，服務(wù)航天器與目標(biāo)航天器都會對接或捕獲形成組合體，組合體的質(zhì)量分布也會隨著服務(wù)操作而持續(xù)變化。本書以自主式在軌服務(wù)的核心技術(shù)，即自主控制技術(shù)為背景，圍繞在軌服務(wù)任務(wù)中存在的共性問題展開研究，主要涉及模塊變形航天器轉(zhuǎn)動慣量在軌辨識與模塊變形航天器姿態(tài)控制兩個方面。目前，國內(nèi)外學(xué)者在此研究領(lǐng)域已取得大量成果，為本書的研究奠定了良好的基礎(chǔ)，但是仍然存在下述問題有待進(jìn)一步研究解決：
�。�1）在軌服務(wù)操作過程中模塊變形航天器姿態(tài)運(yùn)動模型的建立。目前已有的研究大多將模塊變形航天器視為單剛體或多剛體系統(tǒng)，沒有同時考慮系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)量分布的變化和各部件之間的相對運(yùn)動。為此，本書將通過對典型在軌服務(wù)操作流程的分析，提煉出能夠反映在軌服務(wù)操作特點(diǎn)的各種因素，建立更準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，為在軌辨識與姿態(tài)控制研究提供基礎(chǔ)。
�。�2）以提高模塊變形航天器轉(zhuǎn)動慣量在軌辨識精度為目的，快速生成激勵信號軌跡的最優(yōu)輸入設(shè)計(jì)方法的研究。目前，已有的方法存在計(jì)算量大，以及未考慮航天器系統(tǒng)的物理約束問題。本書將探索直接將真實(shí)系統(tǒng)的物理約束納入考慮的優(yōu)化方案，使設(shè)計(jì)出的激勵軌跡更具工程可實(shí)現(xiàn)性。
�。�3）無退繞的姿態(tài)控制算法研究。采用參數(shù)化的航天器姿態(tài)描述方法，因不能全局且唯一地描述完整的姿態(tài)構(gòu)造空間，可能引起系統(tǒng)出現(xiàn)退繞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致原本只需小角度姿態(tài)機(jī)動就可以完成的姿控任務(wù)，卻要通過相反方向的大角度姿態(tài)機(jī)動來實(shí)現(xiàn)，造成不必要的控制負(fù)擔(dān)。本書對姿態(tài)構(gòu)造空間、退繞現(xiàn)象以及無退繞的姿態(tài)控制進(jìn)行研究，為在軌服務(wù)模塊變形航天器的自主控制提供有益的參考。
第1章 模塊變形航天器姿態(tài)運(yùn)動的數(shù)學(xué)描述
1．1 引言
1．2 航天器姿態(tài)的描述方法
1．2．1 旋轉(zhuǎn)矩陣
1．2．2 歐拉角
1．2．3 歐拉軸／角
1．2．4 姿態(tài)四元數(shù)
1．2．5 修正羅德里格參數(shù)
1．3 姿態(tài)運(yùn)動的構(gòu)造空間
1．3．1 SO（3）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1．3．2 李代數(shù)so（3）
1．3．3 航天器姿態(tài)控制的退繞現(xiàn)象
1．4 模塊變形航天器姿態(tài)動力學(xué)方程
1．4．1 典型的在軌服務(wù)操作描述
1．4．2 航天器系統(tǒng)的抽象化處理
1．4．3 系統(tǒng)的角動量
1．4．4 姿態(tài)動力學(xué)方程推導(dǎo)
1．4．5 質(zhì)量分布時變效應(yīng)對穩(wěn)定性的影響
1．5 姿態(tài)跟蹤問題的數(shù)學(xué)模型
1．6 航天器姿態(tài)控制研究綜述
參考文獻(xiàn)
第2章 航天器轉(zhuǎn)動慣量辨識和最優(yōu)輸入設(shè)計(jì)
2．1 引言
2．2 航天器參數(shù)辨識的數(shù)學(xué)模型
2．3 最優(yōu)激勵軌跡設(shè)計(jì)
2．3．1 基于法矩陣條件數(shù)的性能指標(biāo)函數(shù)
2．3．2 最優(yōu)輸入設(shè)計(jì)的增廣狀態(tài)模型
2．3．3 模型的求解
2．3．4 最優(yōu)輸入設(shè)計(jì)算例與結(jié)果分析
2．4 DUKF狀態(tài)-參數(shù)估計(jì)算法
2．4．1 參數(shù)濾波模型和狀態(tài)濾波模型
2．4．2 參數(shù)-狀態(tài)雙重濾波方案的實(shí)現(xiàn)
2．5 最優(yōu)激勵下的參數(shù)辨識仿真
參考文獻(xiàn)
第3章 模塊變形航天器姿態(tài)自適應(yīng)控制
3．1 引言
3．2 航天器姿態(tài)自適應(yīng)控制模型
3．2．1 姿態(tài)誤差動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型
3．2．2 基本假設(shè)
3．3 航天器姿態(tài)跟蹤自適應(yīng)控制方案設(shè)計(jì)
3．3．1 平滑投影法
3．3．2 魯棒逆最優(yōu)自適應(yīng)控制原理
3．3．3 基于必然等價性的自適應(yīng)控制方案設(shè)計(jì)
3．3．4 基于逆最優(yōu)自適應(yīng)的控制方案設(shè)計(jì)
3．4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
3．4．1 無外擾力矩情況下的穩(wěn)定性分析
3．4．2 有外擾力矩情況下的穩(wěn)定性分析
3．5 仿真與分析
3．5．1 無外擾力矩情況下的仿真結(jié)果
3．5．2 有外擾力矩情況下的仿真結(jié)果
參考文獻(xiàn)
第4章 模塊變形航天器姿態(tài)有限時間控制
4．1 引言
4．2 航天器姿態(tài)有限時間控制模型
4．3 交增益快速super-twistins算法
4．3．1 變增益super-twistins算法
4．3．2 第一種變增益快速super-twistins算法
4．3．3 第二種變增益快速super-twisting算法
4．3．4 常值參數(shù)的取值
4．3．5 變增益的在線調(diào)節(jié)
4．3．6 仿真與分析
4．4 雙冪次組合函數(shù)趨近律
4．4．1 收斂特性分析
4．4．2 穩(wěn)態(tài)誤差界分析
4．4．3 仿真與分析
4．5 有限時間姿態(tài)跟蹤控制方案設(shè)計(jì)
4．5．1 有限時間收斂滑模面設(shè)計(jì)
4．5．2 基于super-twisting算法的二階滑�？刂品桨冈O(shè)計(jì)
4．5．3 基于趨近律和微分觀測器的控制方案設(shè)計(jì)
4．6 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
4．7 仿真與分析
4．7．1 基于super-twisting二階滑模的控制方案仿真
4．7．2 基于趨近律和微分觀測器的控制方案仿真
參考文獻(xiàn)
第5章 考慮執(zhí)行器飽和的模塊變形航天器姿態(tài)控制
5．1 引言
5．2 考慮執(zhí)行器飽和的姿態(tài)控制模型
5．3 基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的控制方案設(shè)計(jì)
5．3．1 反步法設(shè)計(jì)
5．3．2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器
5．3．3 非線性阻尼設(shè)計(jì)
5．4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
5．5 仿真分析
5．5．1 無執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和情況下的仿真
5．5．2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和情況下的仿真
參考文獻(xiàn)
第6章 總結(jié)與展望
6．1 本書總結(jié)
6．2 本書的主要貢獻(xiàn)
6．3 問題展望
附錄A 控制理論相關(guān)概念
附錄B 第2章相關(guān)濾波算法和迭代算法
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