航天器魯棒安全飛行控制

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　航天器基本概念　1
1.2　航天器研究進(jìn)展　6
1.2.1　國(guó)內(nèi)外典型航天器發(fā)展現(xiàn)狀　6
1.2.2　復(fù)雜航天器姿態(tài)控制　14
1.2.3　航天器故障診斷與容錯(cuò)控制　18
1.2.4　航天器編隊(duì)控制　20
1.2.5　航天器仿真平臺(tái)　22
1.3　航天器控制難點(diǎn)問(wèn)題　23
1.4　特點(diǎn)和內(nèi)容安排　26
1.5　小結(jié)　27
參考文獻(xiàn)　27
第2章　復(fù)雜航天器模型　35
2.1　航天器運(yùn)動(dòng)學(xué)模型　35
2.1.1　坐標(biāo)系　36
2.1.2　姿態(tài)數(shù)學(xué)模型描述　36
2.2　航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型　39
2.2.1　剛體航天器動(dòng)力學(xué)模型　40
2.2.2　剛?cè)岷教炱鲃?dòng)力學(xué)模型　40
2.2.3　剛液航天器動(dòng)力學(xué)模型　51
2.2.4　剛-柔-液復(fù)雜航天器動(dòng)力學(xué)模型　58
2.3　小結(jié)　60
參考文獻(xiàn)　61
第3章　復(fù)雜航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制　62
3.1　輸入成形器方法概述　62
3.1.1　輸入成形器基本原理　62
3.1.2　幾種典型的輸入成形器　64
3.2　基于輸入成形器的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)　70
3.2.1　FR輸入成形器設(shè)計(jì)　71
3.2.2　姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)　74
3.2.3　仿真分析　78
3.3　基于阻尼反饋的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)　83
3.3.1　干擾觀測(cè)器與柔性振動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)　83
3.3.2　姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)　87
3.3.3　仿真分析　91
3.4　小結(jié)　96
參考文獻(xiàn)　96
第4章　復(fù)雜航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化與穩(wěn)定跟蹤控制　98
4.1　航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化　98
4.1.1　姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)與穩(wěn)定跟蹤控制總體框架　98
4.1.2　姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)多目標(biāo)多約束條件建立　99
4.1.3　基于Gauss偽譜法的姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)　104
4.2　有限時(shí)間姿態(tài)角速度估計(jì)　107
4.2.1　有限時(shí)間狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)　108
4.2.2　角速度求解　111
4.3　航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制　112
4.3.1　面向控制建模　112
4.3.2　姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制器設(shè)計(jì)　114
4.3.3　仿真分析　122
4.4　小結(jié)　131
參考文獻(xiàn)　131
第5章　航天器故障診斷與容錯(cuò)控制　132
5.1　航天器故障概述　132
5.1.1　航天器故障案例　132
5.1.2　航天器故障類型　134
5.2　基于滑模觀測(cè)器的航天器有限時(shí)間被動(dòng)容錯(cuò)控制　136
5.2.1　故障影響下的航天器模型建立　136
5.2.2　航天器觀測(cè)器-容錯(cuò)控制器綜合設(shè)計(jì)　138
5.2.3　仿真分析　144
5.3　基于自適應(yīng)策略的主動(dòng)航天器故障診斷與容錯(cuò)控制　146
5.3.1　故障檢測(cè)策略　147
5.3.2　故障重構(gòu)觀測(cè)器設(shè)計(jì)　149
5.3.3　容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)　151
5.3.4　仿真分析　152
5.4　基于滑模增廣系統(tǒng)的故障診斷-容錯(cuò)控制一體化設(shè)計(jì)　154
5.4.1　面向一體化設(shè)計(jì)的航天器增廣系統(tǒng)模型建立　155
5.4.2　故障估計(jì)器與容錯(cuò)控制器一體化設(shè)計(jì)　158
5.4.3　仿真分析　163
5.5　小結(jié)　166
參考文獻(xiàn)　167
第6章　微小衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化及姿態(tài)同步控制　168
6.1　衛(wèi)星編隊(duì)合成孔徑成像控制方案　168
6.1.1　空間圓編隊(duì)成像控制方案　170
6.1.2　水平圓編隊(duì)成像控制方案　174
6.2　衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化與控制　176
6.2.1　衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型　176
6.2.2　衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化　179
6.2.3　衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型控制　186
6.3　衛(wèi)星編隊(duì)姿態(tài)控制　193
6.3.1　衛(wèi)星編隊(duì)模型及問(wèn)題描述　193
6.3.2　自適應(yīng)有限時(shí)間分布式觀測(cè)器設(shè)計(jì)　195
6.3.3　姿態(tài)同步控制器設(shè)計(jì)　199
6.3.4　仿真分析　205
6.4　小結(jié)　210
參考文獻(xiàn)　210
第7章　分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　212
7.1　分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)總體方案　212
7.1.1　仿真平臺(tái)需求分析　212
7.1.2　仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　214
7.1.3　仿真平臺(tái)軟件開發(fā)環(huán)境　216
7.2　主控軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　217
7.2.1　仿真平臺(tái)主控軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì)　217
7.2.2　主控軟件設(shè)計(jì)模式　218
7.2.3　主控軟件用戶界面開發(fā)　219
7.2.4　基于xPC API的實(shí)時(shí)仿真模塊開發(fā)　221
7.2.5　基于Socket和Protobuf的網(wǎng)絡(luò)通信模塊開發(fā)　224
7.2.6　基于MySQL的數(shù)據(jù)管理模塊開發(fā)　230
7.2.7　基于9030控制卡的轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊開發(fā)　232
7.3　視景軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　235
7.3.1　視景軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　235
7.3.2　航天器虛擬場(chǎng)景搭建　236
7.3.3　場(chǎng)景運(yùn)行邏輯開發(fā)　239
7.3.4　基于UGUI的圖形用戶界面開發(fā)　242
7.4　人機(jī)交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　244
7.4.1　仿真平臺(tái)人機(jī)交互架構(gòu)　244
7.4.2　語(yǔ)音交互模塊開發(fā)　244
7.4.3　虛擬現(xiàn)實(shí)交互模塊　248
7.5　航天器虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)　249
7.5.1　仿真平臺(tái)搭建　249
7.5.2　仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析　250
7.6　小結(jié)　255