航天器電磁編隊動力學與控制

第1章 緒論 1
1.1 航天器編隊飛行的概念與內涵2
1.2 航天器編隊飛行計劃4
1.2.1 對地觀測與空間探測領域4
1.2.2 深空探測領域8
1.3 航天器電磁編隊飛行11
1.4 航天器編隊飛行技術研究現(xiàn)狀12
1.4.1 航天器編隊飛行動力學建模方法12
1.4.2 航天器編隊控制技術17
1.4.3 航天器電磁編隊的動力學與控制技術18
1.4.4 深空探測編隊自主導航技術21
第2章 航天器編隊動力學基礎 23
2.1 坐標系定義24
2.2 近地軌道航天器編隊動力學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點航天器編隊動力學29
2.3.1 編隊坐標系的建立30
2.3.2 動力學方程建模31
2.4 航天器編隊相對姿態(tài)動力學32
2.4.1 姿態(tài)的描述32
2.4.2 姿態(tài)動力學和運動學模型34
2.5 航天器姿軌一體化動力學36
2.5.1 對偶四元數(shù)36
2.5.2 對偶質量與對偶動量38
2.5.3 單航天器動力學建模39
2.5.4 誤差動力學方程40
本章小結40
第3章 航天器電磁編隊動力學建模與磁矩分配 41
3.1 電磁模型及分析42
3.1.1 磁場和磁矢勢42
3.1.2 電磁力和電磁力矩43
3.1.3 遠場電磁模型44
3.1.4 遠場電磁模型誤差分析45
3.2 遠場電磁模型包絡分析47
3.2.1 可控磁偶極子48
3.2.2 電磁力包絡49
3.2.3 電磁力矩包絡53
3.3 航天器電磁編隊動力學建模57
3.3.1 航天器電磁編隊的坐標系定義57
3.3.2 航天器電磁編隊相對動力學58
3.3.3 外界干擾建模58
3.4 航天器電磁編隊的磁矩優(yōu)化分配方法60
3.4.1 坐標系轉換與快速求解61
3.4.2 雙星磁矩分配與優(yōu)化63
本章小結70
第4章 航天器電磁編隊的六自由度控制 72
4.1 基于對偶四元數(shù)的電磁編隊交會對接控制73
4.1.1 相對運動學方程73
4.1.2 控制器設計74
4.1.3 仿真分析75
4.2 航天器電磁編隊姿軌一體化控制77
4.2.1 電磁編隊動力學與動力學模型77
4.2.2 期望編隊構型79
4.2.3 誤差動力學80
4.2.4 電磁模型及磁矩求解81
4.2.5 控制器設計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控制97
4.3.1 平動控制98
4.3.2 姿態(tài)控制99
4.3.3 角動量管理101
4.3.4 仿真分析102
本章小結110
第5章 航天器電磁編隊的欠驅動控制 111
5.1 電磁編隊欠驅動控制可行性分析112
5.2 欠驅動線性二次型調節(jié)器114
5.2.1 LQR控制權重間接估計法114
5.2.2 數(shù)值仿真與分析116
5.3 欠驅動編隊重構控制方法121
5.3.1 徑向欠驅動滑模控制121
5.3.2 跡向欠驅動滑?？刂?25
5.3.3 數(shù)值仿真與分析128
5.4 欠驅動編隊懸停控制方法134
5.4.1 懸停位置可行解134
5.4.2 基于擾動觀測器的懸停控制135
5.4.3 欠驅動同步控制方法138
5.4.4 數(shù)值仿真與分析140
本章小結143
第6章 基于端口哈密頓動力學的航天器編隊動力學建模 145
6.1 端口哈密頓力學基礎146
6.1.1 端口哈密頓系統(tǒng)簡介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端口哈密頓動力學建模150
6.2.1 坐標系定義150
6.2.2 編隊運動相對動力學建模151
6.3 日地L2點航天器編隊端口哈密頓動力學建模153
6.3.1 圓形限制性三體問題153
6.3.2 編隊系統(tǒng)相對運動動力學建模155
6.4 基于無源控制的航天器編隊隊形重構157
6.4.1 基于互聯(lián)和阻尼分配無源性的控制方法157
6.4.2 控制系統(tǒng)設計157
6.4.3 近地軌道航天器編隊控制158
6.4.4 日地L2點航天器編隊控制159
本章小結161
第7章 深空探測航天器編隊自主相對導航 162
7.1 航天器編隊自主相對導航概述163
7.2 基于相對測量的航天器編隊自主導航164
7.2.1 相對測量技術在編隊自主導航中的應用164
7.2.2 基于相對測量的深空探測航天器編隊自主相對導航166
7.3 航天器編隊相對導航仿真分析172
7.3.1 深空探測仿真場景想定172
7.3.2 仿真實驗結果173
7.3.3 實驗結果分析176
本章小結178
第8章 地面實驗系統(tǒng)與仿真軟件設計 180
8.1 地面實驗系統(tǒng)軟硬件設計181
8.1.1 衛(wèi)星模擬器分系統(tǒng)183
8.1.2 超導電磁線圈分系統(tǒng)190
8.1.3 氣浮平臺分系統(tǒng)196
8.1.4 室內定位分系統(tǒng)197
8.2 多維超導電磁場建模與仿真軟件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221
參考文獻 222