航天器電磁對(duì)接/編隊(duì)飛行動(dòng)力學(xué)與控制
航天器電磁對(duì)接/編隊(duì)飛行是當(dāng)前國(guó)際航天領(lǐng)域一個(gè)新的研究方向和熱點(diǎn)，本書是該方向國(guó)內(nèi)**本專著，系統(tǒng)介紹了航天器電磁對(duì)接/編隊(duì)飛行技術(shù)現(xiàn)狀、動(dòng)力學(xué)理論、控制方法和地面實(shí)驗(yàn)研究情況。全書共7章，內(nèi)容主要包括星間電磁作用建�；A(chǔ)、航天器電磁對(duì)接/分離動(dòng)力學(xué)、航天器電磁對(duì)接/分離控制和相關(guān)地面試驗(yàn)技術(shù)。本書內(nèi)容源于近十年研究成果，得到多項(xiàng)**研究計(jì)劃支持，理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，比較系統(tǒng)地闡述了航天器電磁對(duì)接/編隊(duì)飛行的技術(shù)原理和方法，具有較強(qiáng)的前沿性和實(shí)用性。本書可供航天器設(shè)計(jì)、航天動(dòng)力學(xué)與控制、在軌服務(wù)等領(lǐng)域的研究與技術(shù)人員參考，也可作為高等院校飛行器設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制等相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生的參考教材。
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楊樂平，男，漢族，四川樂山人，1964年11月出生，1980年8月考入國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)。現(xiàn)任國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、科技委委員，國(guó)家863專家，軍隊(duì)?wèi)?zhàn)略規(guī)劃咨詢委員會(huì)委員，《國(guó)防科技》雜志編委。主要從事太空安全戰(zhàn)略、新概念航天器和在軌服務(wù)技術(shù)等研究，獲軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、二等獎(jiǎng)三項(xiàng)，出版《航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與控制》、等學(xué)術(shù)專著和教材8部，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議上發(fā)表論文100余篇。
目錄
前言
第1章 緒論1
1.1問題描述1
1.1.1基本原理1
1.1.2電磁對(duì)接／分離3
1.1.3電磁編隊(duì)飛行4
1.2國(guó)內(nèi)外研究綜述5
1.2.1動(dòng)力學(xué)建模與特性分析5
1.2.2電磁作用控制8
1.2.3地面試驗(yàn)驗(yàn)證12
1.3本書組織結(jié)構(gòu)與主要內(nèi)容12
1.3.1組織結(jié)構(gòu)12
1.3.2主要內(nèi)容13
參考文獻(xiàn)15
第2章 星間電磁作用基礎(chǔ)23
2.1概述23
2.2星間電磁力／力矩模型23
2.2.1電磁力／力矩模型23
2.2.2特性分析25
2.3干擾特性分析26
2.3.1遠(yuǎn)場(chǎng)模型乘性誤差26
2.3.2地磁場(chǎng)作用干擾27
2.3.3模型應(yīng)用準(zhǔn)則31
2.4小結(jié)32
參考文獻(xiàn)32
第3章 電磁對(duì)接／分離動(dòng)力學(xué)33
3.1概述33
3.2基于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的動(dòng)力學(xué)建模33
3.2.1運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述33
3.2.2動(dòng)力學(xué)模型36
航天器電磁對(duì)接／編隊(duì)飛行動(dòng)力學(xué)與控制
3.3對(duì)接特性分析37
3.3.1一維自對(duì)接性37
3.3.2二維自對(duì)接性38
3.3.3三維自對(duì)接性43
3.4分離特性分析46
3.4.1 V-bar分離47
3.4.2 R-bar分離50
3.4.3 H-bar分離54
3.5小結(jié)58
參考文獻(xiàn)58
第4章 電磁對(duì)接／分離控制59
4.1概述59
4.2對(duì)接軌跡的魯棒及自適應(yīng)控制59
4.2.1反饋線性化+魯棒H∞ 62
4.2.2反饋線性化+FSO+LQR 67
4.2.3基于Lyapunov主穩(wěn)定性的自適應(yīng)控制76
4.3對(duì)接姿態(tài)的分散協(xié)同魯棒控制81
4.3.1姿態(tài)控制需求分析81
4.3.2分散協(xié)同魯棒控制律83
4.3.3全局漸近穩(wěn)定性分析85
4.3.4仿真算例92
4.4分離軌跡的制導(dǎo)控制體化設(shè)計(jì)95
4.4.1循環(huán)追蹤控制基本理論95
4.4.2分離軌跡的制導(dǎo)控制律設(shè)計(jì)96
4.4.3參數(shù)整定97
4.4.4仿真算例98
4.5小結(jié)101
參考文獻(xiàn)101
第5章 電磁對(duì)接／分離角動(dòng)量管理103
5.1概述103
5.2地磁偶極子模型103
5.3基于地磁場(chǎng)作用的角動(dòng)量管理106
5.3.1正常模式的動(dòng)量管理106
5.3.2角動(dòng)量卸載模式的動(dòng)量管理110
5.3.3仿真分析112
5.4 ACMM設(shè)計(jì)策略116
5.4.1設(shè)計(jì)思路116
5.4.2序列磁偶極子求解116
5.4.3 ACMM控制117
5.5小結(jié)120
參考文獻(xiàn)120
第6章 電磁對(duì)接／分離地面試驗(yàn)122
6.1概述122
6.2試驗(yàn)系統(tǒng)總體方案122
6.2.1硬／軟件系統(tǒng)框架122
6.2.2電磁裝置作用力／力矩估算125
6.2.3試驗(yàn)平臺(tái)誤差分析及處理措施128
6.3試驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)129
6.3.1結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)129
6.3.2氣路分系統(tǒng)130
6.3.3測(cè)量分系統(tǒng)131
6.3.4嵌入式控制分系統(tǒng)132
6.3.5執(zhí)行分系統(tǒng)133
6.4試驗(yàn)系統(tǒng)軟件開發(fā)134
6.4.1上位機(jī)監(jiān)控軟件134
6.4.2 PCl04主控軟件136
6.4.3單片機(jī)控制軟件136
6.5地面試驗(yàn)137
6.5.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)137
6.5.2試驗(yàn)結(jié)果分析138
6.6小結(jié)140
參考文獻(xiàn)140
第7章 電磁編隊(duì)飛行動(dòng)力學(xué)141
7.1概述141
7.2基于Eulcr-Lagrangc方程的動(dòng)力學(xué)建模141
7.2.1系統(tǒng)能量141
7.2.2動(dòng)力學(xué)模型143
7.3基于Kane方法的動(dòng)力學(xué)建模145
7.3.1廣義坐標(biāo)與廣義速率147
7.3.2廣義主動(dòng)力與廣義慣性力149
7.3.3動(dòng)力學(xué)模型150
7.4相對(duì)平衡態(tài)分析152
7.4.1相對(duì)平衡態(tài)152
7.4.2靜態(tài)編隊(duì)必要條件154
7.5小結(jié)156
參考文獻(xiàn)156
第8章 雙星靜態(tài)／自旋電磁編隊(duì)及其穩(wěn)定性157
8.1概述157
8.2雙星電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)158
8.2.1徑向分布動(dòng)力學(xué)158
8.2.2切向／法向分布動(dòng)力學(xué)160
8.3靜態(tài)編隊(duì)及其穩(wěn)定性161
8.3.1靜態(tài)編隊(duì)構(gòu)形161
8.3.2雙星磁矩配置與求解164
8.3.3穩(wěn)定性分析167
8.4自旋編隊(duì)及其穩(wěn)定性170
8.4.1自旋編隊(duì)可行性分析171
8.4.2深空自旋編隊(duì)構(gòu)形172
8.4.3穩(wěn)定性分析173
8.5小結(jié)174
參考文獻(xiàn)175
第9章 三星電磁編隊(duì)不變構(gòu)形及其穩(wěn)定性176
9.1概述176
9.2三星電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)176
9.2.1共線編隊(duì)177
9.2.2i角形編隊(duì)179
9.3電磁編隊(duì)三星共線不變構(gòu)形180
9.3.1滿足電磁力矩條件的磁矩解180
9.3.2靜態(tài)共線構(gòu)形182
9.3.3自旋共線構(gòu)形186
9.4電磁編隊(duì)三角形不變構(gòu)形187
9.4.1靜態(tài)三角形構(gòu)形188
9.4.2自旋三角形構(gòu)形192
9.5穩(wěn)定性分析194
9.6小結(jié)197
參考文獻(xiàn)198
第10章 電磁編隊(duì)飛行控制199
10.1概述199
10.2六自由度構(gòu)形保持控制199
10.2.1相對(duì)平衡態(tài)保持策略200
10.2.2基于LQR及ESO的構(gòu)形保持控制201
10.2.3仿真算例203
10.3構(gòu)形重構(gòu)控制212
10.3.1重構(gòu)軌跡規(guī)劃212
10.3.2基于偽譜法的最優(yōu)構(gòu)形重構(gòu)控制213
10.3.3仿真算例220
10.4小結(jié)223
參考文獻(xiàn)224
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