靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制技術

目錄




第1章概論1

1.1靜止軌道衛(wèi)星的定義與特點1

1.2靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)展概述3

1.2.1靜止軌道通信衛(wèi)星3

1.2.2靜止軌道數據中繼衛(wèi)星7

1.2.3靜止軌道氣象衛(wèi)星與光學成像衛(wèi)星8

1.2.4靜止軌道電子偵察衛(wèi)星10

1.2.5靜止軌道導彈預警衛(wèi)星10

1.3靜止軌道衛(wèi)星軌道、姿態(tài)控制任務及特點11

1.3.1軌道控制11

1.3.2姿態(tài)控制12

1.3.3姿態(tài)確定15

1.3.4局部指向控制與多級指向控制15

1.4靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制技術展望16

1.4.1大型復雜衛(wèi)星與小型敏捷衛(wèi)星的高性能控制16

1.4.2智能自主控制與人工智能應用16

1.4.3控制系統(tǒng)的標準化、通用化、模塊化16

1.4.4分布式架構與信息融合17

1.5全書內容介紹17

參考文獻18
第2章靜止軌道衛(wèi)星控制系統(tǒng)設計要覽21

2.1概述21

2.2衛(wèi)星控制系統(tǒng)開發(fā)流程21

2.2.1任務分析與概要設計21

2.2.2方案設計22

2.2.3技術設計23

2.2.4系統(tǒng)測試23

2.2.5發(fā)射及在軌維護23

2.3衛(wèi)星控制任務分析24

2.3.1靜止軌道衛(wèi)星控制任務需求24

2.3.2靜止軌道衛(wèi)星控制任務分析25

2.4衛(wèi)星控制系統(tǒng)概要設計與部件選型28

2.4.1控制系統(tǒng)敏感器28

2.4.2控制系統(tǒng)執(zhí)行機構41

2.5衛(wèi)星控制系統(tǒng)方案設計45

2.5.1控制模式設計46

2.5.2姿態(tài)確定方案設計48

2.5.3姿態(tài)控制方案設計52

2.6衛(wèi)星控制系統(tǒng)數字化仿真54

2.6.1面向工程應用的數字化仿真54

2.6.2控制系統(tǒng)數字孿生與智慧化仿真技術56

2.7小結59

參考文獻60
第3章靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)運動學與動力學62

3.1概述62

3.2姿態(tài)描述62

3.2.1坐標系與坐標變換62

3.2.2靜止軌道衛(wèi)星常用坐標系64

3.2.3方向余弦矩陣66

3.2.4歐拉角67

3.2.5歐拉軸/角69

3.2.6姿態(tài)四元數74

3.2.7羅德里格斯參數81

3.3姿態(tài)運動學82

3.3.1方向余弦矩陣對應的運動學方程82

3.3.2歐拉角對應的運動學方程83

3.3.3歐拉軸/角對應的運動學方程85

3.3.4姿態(tài)四元數對應的運動學方程86

3.3.5羅德里格斯參數對應的運動學方程87

3.4剛體衛(wèi)星姿態(tài)動力學88

3.4.1基本概念88

3.4.2動力學方程92

3.4.3動力學特性分析94

3.5撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學100

3.5.1基于懸臂梁模型的撓性衛(wèi)星動力學建模101

3.5.2撓性動力學特性分析103

3.5.3撓性衛(wèi)星動力學工程化建模105

3.6充液衛(wèi)星姿態(tài)動力學109

3.6.1基本概念109

3.6.2液體橫向晃動建模及分析111

3.6.3液體橫向晃動的等效動力學模型114

3.6.4撓性充液衛(wèi)星動力學綜合模型118

3.7多體衛(wèi)星姿態(tài)動力學119

3.8空間環(huán)境力矩123

3.8.1太陽光壓力矩123

3.8.2重力梯度力矩126

3.8.3地磁力矩128

參考文獻132
第4章靜止軌道衛(wèi)星噴氣姿態(tài)控制135

4.1概述135

4.2噴氣控制原理136

4.2.1噴氣控制系統(tǒng)的工作原理及特點136

4.2.2噴氣控制系統(tǒng)的分析方法138

4.2.3噴氣控制系統(tǒng)的設計要求140

4.3基于經典控制方法的噴氣控制141

4.3.1方法概述141

4.3.2偽速率調制器的設計與分析142

4.3.3PID與校正濾波器的設計148

4.3.4穩(wěn)定性分析153

4.3.5數值仿真158

4.4基于自適應模糊系統(tǒng)的噴氣控制162

4.4.1方法概述162

4.4.2問題描述164

4.4.3基于直接型自適應模糊系統(tǒng)的噴氣控制166

4.4.4基于間接型自適應模糊系統(tǒng)的噴氣控制172

4.5基于滑模變結構方法的噴氣控制177

4.5.1方法概述177

4.5.2基于VSC的直接開關型噴氣控制180

4.5.3基于VSC的脈沖調制型噴氣控制183

4.6基于特征模型的噴氣控制190

4.6.1方法概述190

4.6.2基于特征建模的控制方法設計要點192

4.6.3基于特征建模的噴氣控制195

4.7基于噴氣的姿態(tài)快速機動控制199

4.7.1概述199

4.7.2姿態(tài)機動路徑規(guī)劃200

4.7.3基于跟蹤微分和特征模型的噴氣姿態(tài)機動控制205

4.7.4基于特征模型的滑模噴氣姿態(tài)機動控制208

4.8小結210

參考文獻211
第5章靜止軌道衛(wèi)星角動量交換姿態(tài)控制214

5.1概述214

5.2整星偏置角動量控制215

5.2.1角動量控制原理215

5.2.2偏置角動量控制系統(tǒng)分析215

5.2.3偏置動量衛(wèi)星滾動偏航通道控制221

5.3整星零角動量控制228

5.3.1環(huán)境干擾力矩影響分析228

5.3.2角動量裝置構型選擇232

5.3.3輪系角動量包絡分析238

5.4基于自抗擾算法的零動量姿態(tài)控制239

5.4.1概述239

5.4.2雙回路自抗擾姿態(tài)控制243

5.4.3單回路自抗擾姿態(tài)控制248

5.5基于融合算法的零動量姿態(tài)控制252

5.5.1概述252

5.5.2基于間接型AFS和干擾補償的姿態(tài)穩(wěn)定控制252

5.5.3基于直接型AFS和干擾補償的姿態(tài)穩(wěn)定控制261

5.5.4滑模與模糊系統(tǒng)相融合的姿態(tài)控制264

5.6基于角動量交換的姿態(tài)機動控制268

5.6.1概述268

5.6.2基于特征模型的平滑姿態(tài)機動269

5.6.3兼顧機動性能與穩(wěn)態(tài)性能的姿態(tài)控制270

5.7角動量管理273

5.8在軌估計與辨識277

5.8.1動量輪摩擦力矩在線估計277

5.8.2太陽光壓力矩在線估計280

5.8.3撓性模態(tài)在線辨識與抑制281

5.9小結283

參考文獻285
第6章靜止軌道衛(wèi)星軌道動力學288

6.1概述288

6.2時間系統(tǒng)與空間坐標系288

6.2.1時間系統(tǒng)288

6.2.2地球運動模型290

6.2.3空間坐標系292

6.3二體問題及軌道根數293

6.3.1二體問題經典軌道根數293

6.3.2地球靜止軌道無奇異根數296

6.3.3軌道參數的計算和轉換296

6.4靜止軌道衛(wèi)星軌道攝動298

6.4.1攝動方程298

6.4.2地球非球形引力攝動299

6.4.3日月引力攝動302

6.4.4太陽光壓攝動311

6.4.5小結313

6.5軌道控制動力學314

6.5.1軌控推力模型314

6.5.2脈沖推力動力學方程314

6.5.3連續(xù)推力動力學方程315

6.6相對軌道動力學316

6.6.1坐標系及基本假設316

6.6.2圓參考軌道相對動力學方程317

參考文獻319
第7章靜止軌道衛(wèi)星軌道控制320

7.1概述320

7.2靜止軌道控制方程321

7.3南北位置保持323

7.3.1傾角控制目標323

7.3.2傾角控制量324

7.3.3傾角控制時刻325

7.4東西位置保持326

7.4.1平經度控制目標327

7.4.2平經度控制量328

7.4.3平經度控制時刻329

7.5偏心率控制330

7.5.1偏心率控制目標330

7.5.2偏心率控制量331

7.5.3偏心率控制時刻332

7.6漂星、共位與離軌控制332

7.6.1漂星控制332

7.6.2共位控制334

7.6.3離軌控制337

7.7小結338