新型空间载荷要求发展高精度、高稳定度的先进航天器，本书围绕先进航天器的精确动力学与控制技术，结合作者在先进航天器研究领域的最新研究成果，对先进航天器的技术难题展开讨论并提出可行的解决方法。本书主要介绍分离式超静超稳航天器微动力学机理及控制、航天器姿轨一体化建模及控制、大型柔性航天器微振动建模及补偿控制、先进航天器非线性动力学及控制、激光碎片清理设计及空间高精度跟踪瞄准系统设计及实验等。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 大型空间探测器 1
1.2 超精密空间载荷及实验 3
1.3 先进应用卫星发展 6
参考文献 8
第2章 分离式航天器及复合编队应用 11
2.1 分离式航天器 11
2.1.1 分离式航天器概念 11
2.1.2 分离式航天器动力学模型 12
2.2 柔性线缆连接的分离式航天器低频动力学研究 21
2.2.1 分离式航天器系统坐标系及矢量描述 21
2.2.2 分离式航天器系统多体刚柔动力学 22
2.2.3 珠元模型验证 26
2.2.4 分离式航天器系统仿真研究 27
2.3 分离式航天器应用算例 35
2.3.1 复合编队飞行系统概述 35
2.3.2 复合编队卫星运动模型 36
2.3.3 复合编队控制仿真 40
2.4 本章小结 43
参考文献 44
第3章 航天器扭量动力学理论及控制 45
3.1 刚体位姿运动扭量定义 45
3.2 运动模型 56
3.2.1 运动学模型 56
3.2.2 动力学模型 58
3.3 基于扭量的航天器姿轨一体化控制 59
3.3.1 航天器姿轨相对运动的扭量模型 59
3.3.2 扭量控制器设计 65
3.3.3 分离式航天器扭量控制仿真 75
3.4 本章小结 82
参考文献 82
第4章 分离式航天器微碰振动力学 83
4.1 接触碰撞模型 83
4.2 分离式航天器碰振动力学建模和仿真 86
4.2.1 分离式航天器碰振动力学建模 86
4.2.2 分离式航天器碰振仿真 88
4.3 分离式航天器碰撞规避控制 94
4.3.1 基于模型预测控制的碰撞规避策略 94
4.3.2 模型预测控制器设计 96
4.3.3 碰撞规避控制仿真 99
4.4 本章小结 105
参考文献 105
第5章 先进航天器微振动及空间时频传递应用 107
5.1 柔性航天器微振动问题 107
5.1.1 参考坐标系 107
5.1.2 柔性航天器刚柔耦合动力学模型 108
5.1.3 飞轮扰动模型 110
5.1.4 柔性航天器微振动模型 112
5.2 微振动与时频传递 112
5.2.1 模型建立 112
5.2.2 相对论估计模型 114
5.2.3 仿真研究 120
5.3 本章小结 129
参考文献 129
第6章 航天器大柔性部件动力学与控制 130
6.1 柔性航天器结构变形和低频振动控制系统 130
6.2 基于输入成形法的柔性航天器姿态机动控制 131
6.2.1 姿态控制器设计 131
6.2.2 输入成形器设计 132
6.3 柔性附件结构变形和振动的独立模态空间控制 134
6.4 弯矩作动器变形控制 136
6.4.1 系统设计 137
6.4.2 模型建立 138
6.4.3 弯矩作动器控制器设计 139
6.4.4 实验验证 143
6.5 本章小结 146
参考文献 146
第7章 先进航天器隔振技术 147
7.1 隔振问题描述 147
7.1.1 单级隔振器隔振性能权衡 147
7.1.2 两级隔振器隔振性能权衡 149
7.1.3 隔振动力学模型 150
7.2 两级混合隔振器MRAC-PID复合控制器 151
7.2.1 多项式方法主动隔振设计 151
7.2.2 主动隔振的MRAC-PID复合控制 153
7.3 采用MRAC-PID复合控制的多自由度主动隔振 154
7.3.1 4支腿平台控制姿态倾斜 154
7.3.2 柔性航天器的Stewart平台姿态抖动抑制 156
7.4 基于自适应LMS滤波的单自由度主动隔振 159
7.4.1 自适应LMS滤波隔振算法 160
7.4.2 自适应LMS滤波隔振算法实验结果 161
7.5 本章小结 162
参考文献 162
第8章 先进航天器压电智能材料迟滞动力学建模及辨识 164
8.1 压电作动系统动力学模型 164
8.2 压电作动系统Preisach迟滞辨识 169
8.2.1 Preisach迟滞模型 169
8.2.2 Preisach参数辨识实验设计 170
8.2.3 迟滞辨识方法 173
8.2.4 Preisach迟滞模型参数辨识 175
8.2.5 Preisach迟滞实验研究 177
8.3 压电作动系统Bouc-Wen迟滞辨识 183
8.3.1 Bouc-Wen迟滞模型 183
8.3.2 Bouc-Wen迟滞模型参数辨识 184
8.3.3 Bouc-Wen迟滞实验研究 185
8.4 本章小结 191
参考文献 191
第9章 先进航天器连接非线性动力学 193
9.1 端点带迟滞非线性连续体动力学建模及响应 193
9.1.1 数学建模 193
9.1.2 算例数值求解及讨论 197
9.2 带连接结构连续体频率漂移研究 205
9.2.1 轴向力及面内摩擦力的影响 206
9.2.2 间隙及预紧力对系统频率漂移的影响 211
9.3 本章小结 220
参考文献 220
第10章 先进航天器频率漂移动力学与衍射式主镜面型控制技术 222
10.1 典型航天器结构的三自由度模型 222
10.2 研究方法描述 224
10.2.1 带间隙连接结构模型 225
10.2.2 螺栓连接结构的Iwan模型 225
10.2.3 带间隙连接结构对结构频率漂移的影响 226
10.2.4 螺栓连接结构对结构频率漂移的影响 229
10.2.5 两种非线性条件下系统频率漂移对比 232
10.3 展开式衍射望远镜主镜面型控制 233
10.3.1 面型控制方案设计 233
10.3.2 大行程高精度作动器设计 234
10.3.3 面型控制仿真 237
10.4 本章小结 241
参考文献 241
第11章 空间碎片激光清理航天器设计与柔性航天器指向地面实验 243
11.1 空间碎片激光清理中继方案 243
11.1.1 激光中继探测与清理一体化系统设计 245
11.1.2 激光清理指向控制及仿真 248
11.2 三轴稳定气浮航天器设计 251
11.2.1 气浮系统 252
11.2.2 机械系统 254
11.2.3 测量系统 258
11.2.4 控制系统 260
11.2.5 执行系统 260
11.2.6 电源系统 261
11.3 三轴稳定气浮航天器指向控制实验 262
11.3.1 气浮实验系统调试 262
11.3.2 激光指向姿态控制器设计 263
11.3.3 激光指向姿态控制实验 265
11.4 柔性三轴稳定航天器低频振动控制实验 270
11.4.1 气浮转台控制程序编写 270
11.4.2 基于输入成形法的柔性航天器低频振动控制实验验证 271
11.5 本章小结 274
参考文献 275
第12章 先进航天器高精度指向跟踪瞄准地面实验技术 276
12.1 多目标精跟踪瞄准技术及实验 276
12.1.1 实验方案 276
12.1.2 精跟踪瞄准地面实验系统开发研制 279
12.1.3 精跟踪瞄准地面实验验证 282
12.2 基于迈克耳孙干涉仪的高精度角度测量技术 293
12.2.1 测量系统原理 293
12.2.2 测量实验及结果 294
12.3 本章小结 298
参考文献 298
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