航天器電磁編隊動力學(xué)與控制

第1章 緒論 1
1.1 航天器編隊飛行的概念與內(nèi)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(lǐng)域4
1.2.2 深空探測領(lǐng)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(shù)研究現(xiàn)狀12
1.4.1 航天器編隊飛行動力學(xué)建模方法12
1.4.2 航天器編隊控制技術(shù)17
1.4.3 航天器電磁編隊的動力學(xué)與控制技術(shù)18
1.4.4 深空探測編隊自主導(dǎo)航技術(shù)21
第2章 航天器編隊動力學(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動力學(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)航天器編隊動力學(xué)29
2.3.1 編隊坐標(biāo)系的建立30
2.3.2 動力學(xué)方程建模31
2.4 航天器編隊相對姿態(tài)動力學(xué)32
2.4.1 姿態(tài)的描述32
2.4.2 姿態(tài)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型34
2.5 航天器姿軌一體化動力學(xué)36
2.5.1 對偶四元數(shù)36
2.5.2 對偶質(zhì)量與對偶動量38
2.5.3 單航天器動力學(xué)建模39
2.5.4 誤差動力學(xué)方程40
本章小結(jié)40
第3章 航天器電磁編隊動力學(xué)建模與磁矩分配 41
3.1 電磁模型及分析42
3.1.1 磁場和磁矢勢42
3.1.2 電磁力和電磁力矩43
3.1.3 遠(yuǎn)場電磁模型44
3.1.4 遠(yuǎn)場電磁模型誤差分析45
3.2 遠(yuǎn)場電磁模型包絡(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 航天器電磁編隊動力學(xué)建模57
3.3.1 航天器電磁編隊的坐標(biāo)系定義57
3.3.2 航天器電磁編隊相對動力學(xué)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(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(yùn)動學(xué)方程73
4.1.2 控制器設(shè)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(xué)與動力學(xué)模型77
4.2.2 期望編隊構(gòu)型79
4.2.3 誤差動力學(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(jié)110
第5章 航天器電磁編隊的欠驅(qū)動控制 111
5.1 電磁編隊欠驅(qū)動控制可行性分析112
5.2 欠驅(qū)動線性二次型調(diào)節(jié)器114
5.2.1 LQR控制權(quán)重間接估計法114
5.2.2 數(shù)值仿真與分析116
5.3 欠驅(qū)動編隊重構(gòu)控制方法121
5.3.1 徑向欠驅(qū)動滑?？刂?21
5.3.2 跡向欠驅(qū)動滑?？刂?25
5.3.3 數(shù)值仿真與分析128
5.4 欠驅(qū)動編隊?wèi)彝？刂品椒?34
5.4.1 懸停位置可行解134
5.4.2 基于擾動觀測器的懸?？刂?35
5.4.3 欠驅(qū)動同步控制方法138
5.4.4 數(shù)值仿真與分析140
本章小結(jié)143
第6章 基于端口哈密頓動力學(xué)的航天器編隊動力學(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(xué)建模150
6.2.1 坐標(biāo)系定義150
6.2.2 編隊運(yùn)動相對動力學(xué)建模151
6.3 日地L2點(diǎn)航天器編隊端口哈密頓動力學(xué)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(yùn)動動力學(xué)建模155
6.4 基于無源控制的航天器編隊隊形重構(gòu)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(shè)計157
6.4.3 近地軌道航天器編隊控制158
6.4.4 日地L2點(diǎn)航天器編隊控制159
本章小結(jié)161
第7章 深空探測航天器編隊自主相對導(dǎo)航 162
7.1 航天器編隊自主相對導(dǎo)航概述163
7.2 基于相對測量的航天器編隊自主導(dǎo)航164
7.2.1 相對測量技術(shù)在編隊自主導(dǎo)航中的應(yīng)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(dǎo)航166
7.3 航天器編隊相對導(dǎo)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(jié)果173
7.3.3 實驗結(jié)果分析176
本章小結(jié)178
第8章 地面實驗系統(tǒng)與仿真軟件設(shè)計 180
8.1 地面實驗系統(tǒng)軟硬件設(shè)計181
8.1.1 衛(wèi)星模擬器分系統(tǒng)183
8.1.2 超導(dǎo)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(nèi)定位分系統(tǒng)197
8.2 多維超導(dǎo)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(jié)221
參考文獻(xiàn) 222