航天器電磁對接/編隊飛行是當(dāng)前國際航天領(lǐng)域一個新的研究方向和熱點，本書是該方向國內(nèi)**本專著，系統(tǒng)介紹了航天器電磁對接/編隊飛行技術(shù)現(xiàn)狀、動力學(xué)理論、控制方法和地面實驗研究情況。全書共7章，內(nèi)容主要包括星間電磁作用建�；A(chǔ)、航天器電磁對接/分離動力學(xué)、航天器電磁對接/分離控制和相關(guān)地面試驗技術(shù)。本書內(nèi)容源于近十年研究成果，得到多項**研究計劃支持，理論分析與實驗驗證相結(jié)合，比較系統(tǒng)地闡述了航天器電磁對接/編隊飛行的技術(shù)原理和方法，具有較強的前沿性和實用性。本書可供航天器設(shè)計、航天動力學(xué)與控制、在軌服務(wù)等領(lǐng)域的研究與技術(shù)人員參考，也可作為高等院校飛行器設(shè)計、自動控制等相關(guān)專業(yè)高年級本科生及研究生的參考教材。
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楊樂平，男，漢族，四川樂山人，1964年11月出生，1980年8月考入國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)。現(xiàn)任國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、科技委委員，國家863專家，軍隊?wèi)?zhàn)略規(guī)劃咨詢委員會委員，《國防科技》雜志編委。主要從事太空安全戰(zhàn)略、新概念航天器和在軌服務(wù)技術(shù)等研究，獲軍隊科技進步一等獎兩項、二等獎三項，出版《航天器相對運動軌跡規(guī)劃與控制》、等學(xué)術(shù)專著和教材8部，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和會議上發(fā)表論文100余篇。
目錄
前言
第1章 緒論1
1.1問題描述1
1.1.1基本原理1
1.1.2電磁對接／分離3
1.1.3電磁編隊飛行4
1.2國內(nèi)外研究綜述5
1.2.1動力學(xué)建模與特性分析5
1.2.2電磁作用控制8
1.2.3地面試驗驗證12
1.3本書組織結(jié)構(gòu)與主要內(nèi)容12
1.3.1組織結(jié)構(gòu)12
1.3.2主要內(nèi)容13
參考文獻15
第2章 星間電磁作用基礎(chǔ)23
2.1概述23
2.2星間電磁力／力矩模型23
2.2.1電磁力／力矩模型23
2.2.2特性分析25
2.3干擾特性分析26
2.3.1遠場模型乘性誤差26
2.3.2地磁場作用干擾27
2.3.3模型應(yīng)用準(zhǔn)則31
2.4小結(jié)32
參考文獻32
第3章 電磁對接／分離動力學(xué)33
3.1概述33
3.2基于牛頓運動定律的動力學(xué)建模33
3.2.1運動狀態(tài)描述33
3.2.2動力學(xué)模型36
航天器電磁對接／編隊飛行動力學(xué)與控制
3.3對接特性分析37
3.3.1一維自對接性37
3.3.2二維自對接性38
3.3.3三維自對接性43
3.4分離特性分析46
3.4.1 V-bar分離47
3.4.2 R-bar分離50
3.4.3 H-bar分離54
3.5小結(jié)58
參考文獻58
第4章 電磁對接／分離控制59
4.1概述59
4.2對接軌跡的魯棒及自適應(yīng)控制59
4.2.1反饋線性化+魯棒H∞ 62
4.2.2反饋線性化+FSO+LQR 67
4.2.3基于Lyapunov主穩(wěn)定性的自適應(yīng)控制76
4.3對接姿態(tài)的分散協(xié)同魯棒控制81
4.3.1姿態(tài)控制需求分析81
4.3.2分散協(xié)同魯棒控制律83
4.3.3全局漸近穩(wěn)定性分析85
4.3.4仿真算例92
4.4分離軌跡的制導(dǎo)控制體化設(shè)計95
4.4.1循環(huán)追蹤控制基本理論95
4.4.2分離軌跡的制導(dǎo)控制律設(shè)計96
4.4.3參數(shù)整定97
4.4.4仿真算例98
4.5小結(jié)101
參考文獻101
第5章 電磁對接／分離角動量管理103
5.1概述103
5.2地磁偶極子模型103
5.3基于地磁場作用的角動量管理106
5.3.1正常模式的動量管理106
5.3.2角動量卸載模式的動量管理110
5.3.3仿真分析112
5.4 ACMM設(shè)計策略116
5.4.1設(shè)計思路116
5.4.2序列磁偶極子求解116
5.4.3 ACMM控制117
5.5小結(jié)120
參考文獻120
第6章 電磁對接／分離地面試驗122
6.1概述122
6.2試驗系統(tǒng)總體方案122
6.2.1硬／軟件系統(tǒng)框架122
6.2.2電磁裝置作用力／力矩估算125
6.2.3試驗平臺誤差分析及處理措施128
6.3試驗系統(tǒng)硬件設(shè)計129
6.3.1結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)129
6.3.2氣路分系統(tǒng)130
6.3.3測量分系統(tǒng)131
6.3.4嵌入式控制分系統(tǒng)132
6.3.5執(zhí)行分系統(tǒng)133
6.4試驗系統(tǒng)軟件開發(fā)134
6.4.1上位機監(jiān)控軟件134
6.4.2 PCl04主控軟件136
6.4.3單片機控制軟件136
6.5地面試驗137
6.5.1試驗設(shè)計137
6.5.2試驗結(jié)果分析138
6.6小結(jié)140
參考文獻140
第7章 電磁編隊飛行動力學(xué)141
7.1概述141
7.2基于Eulcr-Lagrangc方程的動力學(xué)建模141
7.2.1系統(tǒng)能量141
7.2.2動力學(xué)模型143
7.3基于Kane方法的動力學(xué)建模145
7.3.1廣義坐標(biāo)與廣義速率147
7.3.2廣義主動力與廣義慣性力149
7.3.3動力學(xué)模型150
7.4相對平衡態(tài)分析152
7.4.1相對平衡態(tài)152
7.4.2靜態(tài)編隊必要條件154
7.5小結(jié)156
參考文獻156
第8章 雙星靜態(tài)／自旋電磁編隊及其穩(wěn)定性157
8.1概述157
8.2雙星電磁編隊動力學(xué)158
8.2.1徑向分布動力學(xué)158
8.2.2切向／法向分布動力學(xué)160
8.3靜態(tài)編隊及其穩(wěn)定性161
8.3.1靜態(tài)編隊構(gòu)形161
8.3.2雙星磁矩配置與求解164
8.3.3穩(wěn)定性分析167
8.4自旋編隊及其穩(wěn)定性170
8.4.1自旋編隊可行性分析171
8.4.2深空自旋編隊構(gòu)形172
8.4.3穩(wěn)定性分析173
8.5小結(jié)174
參考文獻175
第9章 三星電磁編隊不變構(gòu)形及其穩(wěn)定性176
9.1概述176
9.2三星電磁編隊動力學(xué)176
9.2.1共線編隊177
9.2.2i角形編隊179
9.3電磁編隊三星共線不變構(gòu)形180
9.3.1滿足電磁力矩條件的磁矩解180
9.3.2靜態(tài)共線構(gòu)形182
9.3.3自旋共線構(gòu)形186
9.4電磁編隊三角形不變構(gòu)形187
9.4.1靜態(tài)三角形構(gòu)形188
9.4.2自旋三角形構(gòu)形192
9.5穩(wěn)定性分析194
9.6小結(jié)197
參考文獻198
第10章 電磁編隊飛行控制199
10.1概述199
10.2六自由度構(gòu)形保持控制199
10.2.1相對平衡態(tài)保持策略200
10.2.2基于LQR及ESO的構(gòu)形保持控制201
10.2.3仿真算例203
10.3構(gòu)形重構(gòu)控制212
10.3.1重構(gòu)軌跡規(guī)劃212
10.3.2基于偽譜法的最優(yōu)構(gòu)形重構(gòu)控制213
10.3.3仿真算例220
10.4小結(jié)223
參考文獻224
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