航天器電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)與控制

第1章 緒論 1
1.1 航天器編隊(duì)飛行的概念與內(nèi)涵2
1.2 航天器編隊(duì)飛行計(jì)劃4
1.2.1 對(duì)地觀測(cè)與空間探測(cè)領(lǐng)域4
1.2.2 深空探測(cè)領(lǐng)域8
1.3 航天器電磁編隊(duì)飛行11
1.4 航天器編隊(duì)飛行技術(shù)研究現(xiàn)狀12
1.4.1 航天器編隊(duì)飛行動(dòng)力學(xué)建模方法12
1.4.2 航天器編隊(duì)控制技術(shù)17
1.4.3 航天器電磁編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)與控制技術(shù)18
1.4.4 深空探測(cè)編隊(duì)自主導(dǎo)航技術(shù)21
第2章 航天器編隊(duì)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 23
2.1 坐標(biāo)系定義24
2.2 近地軌道航天器編隊(duì)動(dòng)力學(xué)24
2.2.1 C-W 方程26
2.2.2 T-H 方程26
2.2.3 Lawden方程28
2.3 日地L2點(diǎn)航天器編隊(duì)動(dòng)力學(xué)29
2.3.1 編隊(duì)坐標(biāo)系的建立30
2.3.2 動(dòng)力學(xué)方程建模31
2.4 航天器編隊(duì)相對(duì)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)32
2.4.1 姿態(tài)的描述32
2.4.2 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型34
2.5 航天器姿軌一體化動(dòng)力學(xué)36
2.5.1 對(duì)偶四元數(shù)36
2.5.2 對(duì)偶質(zhì)量與對(duì)偶動(dòng)量38
2.5.3 單航天器動(dòng)力學(xué)建模39
2.5.4 誤差動(dòng)力學(xué)方程40
本章小結(jié)40
第3章 航天器電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)建模與磁矩分配 41
3.1 電磁模型及分析42
3.1.1 磁場(chǎng)和磁矢勢(shì)42
3.1.2 電磁力和電磁力矩43
3.1.3 遠(yuǎn)場(chǎng)電磁模型44
3.1.4 遠(yuǎn)場(chǎng)電磁模型誤差分析45
3.2 遠(yuǎn)場(chǎng)電磁模型包絡(luò)分析47
3.2.1 可控磁偶極子48
3.2.2 電磁力包絡(luò)49
3.2.3 電磁力矩包絡(luò)53
3.3 航天器電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)建模57
3.3.1 航天器電磁編隊(duì)的坐標(biāo)系定義57
3.3.2 航天器電磁編隊(duì)相對(duì)動(dòng)力學(xué)58
3.3.3 外界干擾建模58
3.4 航天器電磁編隊(duì)的磁矩優(yōu)化分配方法60
3.4.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與快速求解61
3.4.2 雙星磁矩分配與優(yōu)化63
本章小結(jié)70
第4章 航天器電磁編隊(duì)的六自由度控制 72
4.1 基于對(duì)偶四元數(shù)的電磁編隊(duì)交會(huì)對(duì)接控制73
4.1.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程73
4.1.2 控制器設(shè)計(jì)74
4.1.3 仿真分析75
4.2 航天器電磁編隊(duì)姿軌一體化控制77
4.2.1 電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型77
4.2.2 期望編隊(duì)構(gòu)型79
4.2.3 誤差動(dòng)力學(xué)80
4.2.4 電磁模型及磁矩求解81
4.2.5 控制器設(shè)計(jì)86
4.2.6 仿真分析90
4.3 基于自抗擾方法的航天器電磁編隊(duì)控制97
4.3.1 平動(dòng)控制98
4.3.2 姿態(tài)控制99
4.3.3 角動(dòng)量管理101
4.3.4 仿真分析102
本章小結(jié)110
第5章 航天器電磁編隊(duì)的欠驅(qū)動(dòng)控制 111
5.1 電磁編隊(duì)欠驅(qū)動(dòng)控制可行性分析112
5.2 欠驅(qū)動(dòng)線(xiàn)性二次型調(diào)節(jié)器114
5.2.1 LQR控制權(quán)重間接估計(jì)法114
5.2.2 數(shù)值仿真與分析116
5.3 欠驅(qū)動(dòng)編隊(duì)重構(gòu)控制方法121
5.3.1 徑向欠驅(qū)動(dòng)滑?？刂?21
5.3.2 跡向欠驅(qū)動(dòng)滑?？刂?25
5.3.3 數(shù)值仿真與分析128
5.4 欠驅(qū)動(dòng)編隊(duì)?wèi)彝？刂品椒?34
5.4.1 懸停位置可行解134
5.4.2 基于擾動(dòng)觀測(cè)器的懸?？刂?35
5.4.3 欠驅(qū)動(dòng)同步控制方法138
5.4.4 數(shù)值仿真與分析140
本章小結(jié)143
第6章 基于端口哈密頓動(dòng)力學(xué)的航天器編隊(duì)動(dòng)力學(xué)建模 145
6.1 端口哈密頓力學(xué)基礎(chǔ)146
6.1.1 端口哈密頓系統(tǒng)簡(jiǎn)介146
6.1.2 端口哈密頓系統(tǒng)定義148
6.1.3 端口哈密頓系統(tǒng)特性149
6.2 近地軌道航天器編隊(duì)端口哈密頓動(dòng)力學(xué)建模150
6.2.1 坐標(biāo)系定義150
6.2.2 編隊(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)動(dòng)力學(xué)建模151
6.3 日地L2點(diǎn)航天器編隊(duì)端口哈密頓動(dòng)力學(xué)建模153
6.3.1 圓形限制性三體問(wèn)題153
6.3.2 編隊(duì)系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模155
6.4 基于無(wú)源控制的航天器編隊(duì)隊(duì)形重構(gòu)157
6.4.1 基于互聯(lián)和阻尼分配無(wú)源性的控制方法157
6.4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)157
6.4.3 近地軌道航天器編隊(duì)控制158
6.4.4 日地L2點(diǎn)航天器編隊(duì)控制159
本章小結(jié)161
第7章 深空探測(cè)航天器編隊(duì)自主相對(duì)導(dǎo)航 162
7.1 航天器編隊(duì)自主相對(duì)導(dǎo)航概述163
7.2 基于相對(duì)測(cè)量的航天器編隊(duì)自主導(dǎo)航164
7.2.1 相對(duì)測(cè)量技術(shù)在編隊(duì)自主導(dǎo)航中的應(yīng)用164
7.2.2 基于相對(duì)測(cè)量的深空探測(cè)航天器編隊(duì)自主相對(duì)導(dǎo)航166
7.3 航天器編隊(duì)相對(duì)導(dǎo)航仿真分析172
7.3.1 深空探測(cè)仿真場(chǎng)景想定172
7.3.2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果173
7.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析176
本章小結(jié)178
第8章 地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與仿真軟件設(shè)計(jì) 180
8.1 地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)181
8.1.1 衛(wèi)星模擬器分系統(tǒng)183
8.1.2 超導(dǎo)電磁線(xiàn)圈分系統(tǒng)190
8.1.3 氣浮平臺(tái)分系統(tǒng)196
8.1.4 室內(nèi)定位分系統(tǒng)197
8.2 多維超導(dǎo)電磁場(chǎng)建模與仿真軟件199
8.2.1 有限元法建模201
8.2.2 解析法建模204
8.2.3 模型校核方法210
8.2.4 可視化界面220
本章小結(jié)221
參考文獻(xiàn) 222