书籍详情
航天器姿态敏捷稳健控制方法与应用
作者：袁利，王淑一，雷拥军 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-10-01
ISBN：9787030698384
定价：¥160.00
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内容简介
《航天器姿态敏捷稳健控制方法与应用》以多年预先研究和工程型号研制成果为基础，重点论述了敏捷航天器姿态机动控制和稳健性设计的方法与技术。以航天器快速姿态机动、快速稳定及稳健运行为目标，给出姿态机动所需的轨迹规划方法、控制力矩陀螺操纵律设计、姿态机动控制方法与应用实例，并针对敏捷航天器的特点，给出稳健控制所需的故障诊断及处置体系、系统安全性设计方法与应用等内容。
作者简介
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目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 敏捷航天器的研制发展 1
1.2 航天器敏捷控制技术的现状与发展 5
1.2.1 敏捷机动姿态路径规划研究 5
1.2.2 敏捷机动控制研究 7
1.3 航天器稳健控制技术的发展 8
1.3.1 航天器敏捷稳健技术背景 8
1.3.2 航天器稳健控制技术发展历程 9
1.3.3 航天器稳健控制技术研究现状 10
1.3.4 航天器稳健控制技术应用 12
参考文献 15
第2章 姿态路径规划方法 18
2.1 概述 18
2.2 坐标系介绍 19
2.3 姿态重定向的路径规划 19
2.3.1 路径规划方法 19
2.3.2 适用于姿态重定向的基准重置方法 35
2.3.3 仿真实例 37
2.4 多边界约束的路径规划 46
2.4.1 路径规划问题描述 46
2.4.2 方法实现 47
2.4.3 仿真实例 51
2.5 动目标跟踪的路径规划 52
2.5.1 星体跟踪动目标的路径规划 52
2.5.2 面向像移补偿的动目标路径规划 56
参考文献 62
第3章 控制力矩陀螺构型及操纵律设计 63
3.1 概述 63
3.2 单框架控制力矩陀螺精确模型 63
3.2.1 低速框架动力学模型 64
3.2.2 低速框架迟滞时延特性模型 69
3.2.3 高速转子扰动模型 71
3.2.4 模型校验 75
3.3 控制力矩陀螺构型设计 80
3.3.1 角动量包络及奇异特性分析 80
3.3.2 标称框架角设计 83
3.3.3 构型分析 84
3.4 控制力矩陀螺操纵律设计 89
3.4.1 剪刀型控制力矩陀螺操纵律 90
3.4.2 基于零运动奇异规避操纵方法 93
3.4.3 指令力矩螺旋式搜索的操纵方法 98
3.4.4 指令力矩调节及动态分配操纵方法 103
3.4.5 变速控制力矩陀螺操纵律设计 109
参考文献 115
第4章 敏捷航天器姿态机动控制方法与应用 117
4.1 概述 117
4.2 面向敏捷成像任务的姿态机动控制实现 117
4.2.1 面向被动推扫的姿态重定向控制 118
4.2.2 面向主动推扫的动中成像姿态控制 125
4.3 敏捷航天器姿态机动控制方法 131
4.3.1 挠性附件的模态参数辨识 131
4.3.2 基于CMG力矩矢量调节的姿态机动控制 136
4.3.3 基于挠性模态实时测量信息的姿态协调控制 146
4.4 姿态机动与附件指向的复合控制方法 151
4.4.1 附件敏捷指向规划 151
4.4.2 运动补偿与力矩补偿 162
4.5 面向航天器敏捷机动的陀螺误差标校与系统时延补偿 175
4.5.1 陀螺的全误差标定 175
4.5.2 系统时延补偿 181
参考文献 187
第5章 敏捷航天器稳健设计的故障定位方法 189
5.1 概述 189
5.2 稳健设计的故障定位框架体系 189
5.3 部件独立故障定位方法 191
5.3.1 基于专家知识的故障定位方法 191
5.3.2 基于模型知识的故障定位方法 200
5.3.3 基于数据的故障定位方法 205
5.4 同类部件故障定位方法 209
5.4.1 基于平衡方程等价性的陀螺组件故障定位方法 209
5.4.2 基于奇偶空间的CMG组件故障定位方法 214
5.5 不同类部件故障定位方法 219
5.5.1 基于运动学模型的故障定位方法 219
5.5.2 基于动力学模型的故障定位方法 234
5.6 系统级故障检测方法 238
5.7 故障定位结果融合方法 239
参考文献 240
第6章 敏捷航天器稳健设计的安全性策略及控制方法 242
6.1 概述 242
6.2 稳健系统的安全性设计策略 242
6.2.1 安全模式的总体设计 243
6.2.2 全姿态捕获的逻辑设计 245
6.2.3 全姿态捕获的控制设计 246
6.3 系统欠配置下的姿态控制方法 248
6.3.1 无角速度测量的自旋状态确定 249
6.3.2 无角速度测量的太阳搜索及对日定向控制 258
6.3.3 无角速度测量的异常姿态转正常的控制方法 263
6.3.4 控制力矩陀螺欠配置的三轴姿态稳定控制 272
6.3.5 推力器欠配置的三轴角速度控制 279
参考文献 286
第1章 绪论 1
1.1 敏捷航天器的研制发展 1
1.2 航天器敏捷控制技术的现状与发展 5
1.2.1 敏捷机动姿态路径规划研究 5
1.2.2 敏捷机动控制研究 7
1.3 航天器稳健控制技术的发展 8
1.3.1 航天器敏捷稳健技术背景 8
1.3.2 航天器稳健控制技术发展历程 9
1.3.3 航天器稳健控制技术研究现状 10
1.3.4 航天器稳健控制技术应用 12
参考文献 15
第2章 姿态路径规划方法 18
2.1 概述 18
2.2 坐标系介绍 19
2.3 姿态重定向的路径规划 19
2.3.1 路径规划方法 19
2.3.2 适用于姿态重定向的基准重置方法 35
2.3.3 仿真实例 37
2.4 多边界约束的路径规划 46
2.4.1 路径规划问题描述 46
2.4.2 方法实现 47
2.4.3 仿真实例 51
2.5 动目标跟踪的路径规划 52
2.5.1 星体跟踪动目标的路径规划 52
2.5.2 面向像移补偿的动目标路径规划 56
参考文献 62
第3章 控制力矩陀螺构型及操纵律设计 63
3.1 概述 63
3.2 单框架控制力矩陀螺精确模型 63
3.2.1 低速框架动力学模型 64
3.2.2 低速框架迟滞时延特性模型 69
3.2.3 高速转子扰动模型 71
3.2.4 模型校验 75
3.3 控制力矩陀螺构型设计 80
3.3.1 角动量包络及奇异特性分析 80
3.3.2 标称框架角设计 83
3.3.3 构型分析 84
3.4 控制力矩陀螺操纵律设计 89
3.4.1 剪刀型控制力矩陀螺操纵律 90
3.4.2 基于零运动奇异规避操纵方法 93
3.4.3 指令力矩螺旋式搜索的操纵方法 98
3.4.4 指令力矩调节及动态分配操纵方法 103
3.4.5 变速控制力矩陀螺操纵律设计 109
参考文献 115
第4章 敏捷航天器姿态机动控制方法与应用 117
4.1 概述 117
4.2 面向敏捷成像任务的姿态机动控制实现 117
4.2.1 面向被动推扫的姿态重定向控制 118
4.2.2 面向主动推扫的动中成像姿态控制 125
4.3 敏捷航天器姿态机动控制方法 131
4.3.1 挠性附件的模态参数辨识 131
4.3.2 基于CMG力矩矢量调节的姿态机动控制 136
4.3.3 基于挠性模态实时测量信息的姿态协调控制 146
4.4 姿态机动与附件指向的复合控制方法 151
4.4.1 附件敏捷指向规划 151
4.4.2 运动补偿与力矩补偿 162
4.5 面向航天器敏捷机动的陀螺误差标校与系统时延补偿 175
4.5.1 陀螺的全误差标定 175
4.5.2 系统时延补偿 181
参考文献 187
第5章 敏捷航天器稳健设计的故障定位方法 189
5.1 概述 189
5.2 稳健设计的故障定位框架体系 189
5.3 部件独立故障定位方法 191
5.3.1 基于专家知识的故障定位方法 191
5.3.2 基于模型知识的故障定位方法 200
5.3.3 基于数据的故障定位方法 205
5.4 同类部件故障定位方法 209
5.4.1 基于平衡方程等价性的陀螺组件故障定位方法 209
5.4.2 基于奇偶空间的CMG组件故障定位方法 214
5.5 不同类部件故障定位方法 219
5.5.1 基于运动学模型的故障定位方法 219
5.5.2 基于动力学模型的故障定位方法 234
5.6 系统级故障检测方法 238
5.7 故障定位结果融合方法 239
参考文献 240
第6章 敏捷航天器稳健设计的安全性策略及控制方法 242
6.1 概述 242
6.2 稳健系统的安全性设计策略 242
6.2.1 安全模式的总体设计 243
6.2.2 全姿态捕获的逻辑设计 245
6.2.3 全姿态捕获的控制设计 246
6.3 系统欠配置下的姿态控制方法 248
6.3.1 无角速度测量的自旋状态确定 249
6.3.2 无角速度测量的太阳搜索及对日定向控制 258
6.3.3 无角速度测量的异常姿态转正常的控制方法 263
6.3.4 控制力矩陀螺欠配置的三轴姿态稳定控制 272
6.3.5 推力器欠配置的三轴角速度控制 279
参考文献 286
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