航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 敏捷航天器的研制發(fā)展 1
1.2 航天器敏捷控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 5
1.2.1 敏捷機動姿態(tài)路徑規(guī)劃研究 5
1.2.2 敏捷機動控制研究 7
1.3 航天器穩(wěn)健控制技術的發(fā)展 8
1.3.1 航天器敏捷穩(wěn)健技術背景 8
1.3.2 航天器穩(wěn)健控制技術發(fā)展歷程 9
1.3.3 航天器穩(wěn)健控制技術研究現(xiàn)狀 10
1.3.4 航天器穩(wěn)健控制技術應用 12
參考文獻 15
第2章 姿態(tài)路徑規(guī)劃方法 18
2.1 概述 18
2.2 坐標系介紹 19
2.3 姿態(tài)重定向的路徑規(guī)劃 19
2.3.1 路徑規(guī)劃方法 19
2.3.2 適用于姿態(tài)重定向的基準重置方法 35
2.3.3 仿真實例 37
2.4 多邊界約束的路徑規(guī)劃 46
2.4.1 路徑規(guī)劃問題描述 46
2.4.2 方法實現(xiàn) 47
2.4.3 仿真實例 51
2.5 動目標跟蹤的路徑規(guī)劃 52
2.5.1 星體跟蹤動目標的路徑規(guī)劃 52
2.5.2 面向像移補償?shù)膭幽繕寺窂揭?guī)劃 56
參考文獻 62
第3章 控制力矩陀螺構型及操縱律設計 63
3.1 概述 63
3.2 單框架控制力矩陀螺精確模型 63
3.2.1 低速框架動力學模型 64
3.2.2 低速框架遲滯時延特性模型 69
3.2.3 高速轉(zhuǎn)子擾動模型 71
3.2.4 模型校驗 75
3.3 控制力矩陀螺構型設計 80
3.3.1 角動量包絡及奇異特性分析 80
3.3.2 標稱框架角設計 83
3.3.3 構型分析 84
3.4 控制力矩陀螺操縱律設計 89
3.4.1 剪刀型控制力矩陀螺操縱律 90
3.4.2 基于零運動奇異規(guī)避操縱方法 93
3.4.3 指令力矩螺旋式搜索的操縱方法 98
3.4.4 指令力矩調(diào)節(jié)及動態(tài)分配操縱方法 103
3.4.5 變速控制力矩陀螺操縱律設計 109
參考文獻 115
第4章 敏捷航天器姿態(tài)機動控制方法與應用 117
4.1 概述 117
4.2 面向敏捷成像任務的姿態(tài)機動控制實現(xiàn) 117
4.2.1 面向被動推掃的姿態(tài)重定向控制 118
4.2.2 面向主動推掃的動中成像姿態(tài)控制 125
4.3 敏捷航天器姿態(tài)機動控制方法 131
4.3.1 撓性附件的模態(tài)參數(shù)辨識 131
4.3.2 基于CMG力矩矢量調(diào)節(jié)的姿態(tài)機動控制 136
4.3.3 基于撓性模態(tài)實時測量信息的姿態(tài)協(xié)調(diào)控制 146
4.4 姿態(tài)機動與附件指向的復合控制方法 151
4.4.1 附件敏捷指向規(guī)劃 151
4.4.2 運動補償與力矩補償 162
4.5 面向航天器敏捷機動的陀螺誤差標校與系統(tǒng)時延補償 175
4.5.1 陀螺的全誤差標定 175
4.5.2 系統(tǒng)時延補償 181
參考文獻 187
第5章 敏捷航天器穩(wěn)健設計的故障定位方法 189
5.1 概述 189
5.2 穩(wěn)健設計的故障定位框架體系 189
5.3 部件獨立故障定位方法 191
5.3.1 基于專家知識的故障定位方法 191
5.3.2 基于模型知識的故障定位方法 200
5.3.3 基于數(shù)據(jù)的故障定位方法 205
5.4 同類部件故障定位方法 209
5.4.1 基于平衡方程等價性的陀螺組件故障定位方法 209
5.4.2 基于奇偶空間的CMG組件故障定位方法 214
5.5 不同類部件故障定位方法 219
5.5.1 基于運動學模型的故障定位方法 219
5.5.2 基于動力學模型的故障定位方法 234
5.6 系統(tǒng)級故障檢測方法 238
5.7 故障定位結果融合方法 239
參考文獻 240
第6章 敏捷航天器穩(wěn)健設計的安全性策略及控制方法 242
6.1 概述 242
6.2 穩(wěn)健系統(tǒng)的安全性設計策略 242
6.2.1 安全模式的總體設計 243
6.2.2 全姿態(tài)捕獲的邏輯設計 245
6.2.3 全姿態(tài)捕獲的控制設計 246
6.3 系統(tǒng)欠配置下的姿態(tài)控制方法 248
6.3.1 無角速度測量的自旋狀態(tài)確定 249
6.3.2 無角速度測量的太陽搜索及對日定向控制 258
6.3.3 無角速度測量的異常姿態(tài)轉(zhuǎn)正常的控制方法 263
6.3.4 控制力矩陀螺欠配置的三軸姿態(tài)穩(wěn)定控制 272
6.3.5 推力器欠配置的三軸角速度控制 279
參考文獻 286