多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
定 價(jià)：48 元
- 作者：李新洪 等編著
- 出版時(shí)間：2014/3/1
- ISBN：9787118093278
- 出 版 社：國(guó)防工業(yè)出版社
- 中圖法分類：V448.2
- 頁碼：180
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
《多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)》介紹了多模塊航天器控制與仿真領(lǐng)域的一些相關(guān)技術(shù)問題。《多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)》共分8章，第1章介紹了多模塊航天器控制與仿真技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，第2章和第3章介紹了航天器從遠(yuǎn)距離到超近距離的自主交會(huì)及逼近控制過程，第4章介紹了機(jī)械臂空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)與控制及其可視化仿真，第5章介紹了多個(gè)航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的協(xié)同控制，第6章和第7章介紹了基于Simulink開展的航天器分布式實(shí)時(shí)仿真以及并行實(shí)時(shí)仿真，第8章介紹了基于半實(shí)物仿真環(huán)境開展的航天器協(xié)同控制和目標(biāo)捕獲的地面仿真實(shí)驗(yàn)。
《多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)》適合具有航天器姿態(tài)軌道動(dòng)力學(xué)與控制基礎(chǔ)知識(shí)的高年級(jí)本科生和研究生使用，對(duì)從事飛行器控制與總體設(shè)計(jì)的相關(guān)工程技術(shù)人員也有參考價(jià)值。
第1章 多模塊航天器及其控制與仿真技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
1.1多模塊航天器的概念內(nèi)涵
1.2多模塊航天器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
1.3多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
1.3.1編隊(duì)飛行控制技術(shù)
1.3.2姿態(tài)軌道同步控制技術(shù)
1.3.3空間機(jī)器人控制技術(shù)
1.3.4多模塊航天器實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
第2章 多模塊航天器自主交會(huì)及捕獲技術(shù)
2.1相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其控制數(shù)學(xué)模型
2.1.1相對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述
2.1.2交會(huì)控制與編隊(duì)控制的等價(jià)性
2.1.3航天器交會(huì)的三沖量控制方法
2.1.4航天器交會(huì)的Lambert兩沖量控制方法
2.2遠(yuǎn)距離交會(huì)策略 第1章 多模塊航天器及其控制與仿真技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
1.1多模塊航天器的概念內(nèi)涵
1.2多模塊航天器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
1.3多模塊航天器的控制及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
1.3.1編隊(duì)飛行控制技術(shù)
1.3.2姿態(tài)軌道同步控制技術(shù)
1.3.3空間機(jī)器人控制技術(shù)
1.3.4多模塊航天器實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
第2章 多模塊航天器自主交會(huì)及捕獲技術(shù)
2.1相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其控制數(shù)學(xué)模型
2.1.1相對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述
2.1.2交會(huì)控制與編隊(duì)控制的等價(jià)性
2.1.3航天器交會(huì)的三沖量控制方法
2.1.4航天器交會(huì)的Lambert兩沖量控制方法
2.2遠(yuǎn)距離交會(huì)策略
2.3接近繞飛以及捕獲過程
2.3.1接近階段
2.3.2繞飛階段
2.3.3捕獲階段
2.4相對(duì)導(dǎo)航分析
2.4.1擴(kuò)展卡爾曼濾波
2.4.2相對(duì)導(dǎo)航濾波算法
2.4.3仿真條件
2.4.4仿真結(jié)果
第3章 多模塊航天器相對(duì)位姿估計(jì)及同步控制
3.1單目相機(jī)位姿估計(jì)
3.1.1數(shù)學(xué)描述
3.1.2非線性最小二乘算法
3.1.3仿真算例
3.2雙目立體相機(jī)3D重構(gòu)
3.3基于像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位姿估計(jì)
3.4基于Cayley變換的位姿估計(jì)算法
3.4.1數(shù)學(xué)模型
3.4.2仿真算例
3.5非合作目標(biāo)航天器的位姿跟蹤控制
3.5.1相對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
3.5.2相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
3.5.3仿真算例
第4章 空間機(jī)械臂軌跡規(guī)劃與控制技術(shù)
4.1符號(hào)定義
4.2空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
4.3空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程
4.4動(dòng)力學(xué)方程的具體計(jì)算
4.5機(jī)械臂關(guān)節(jié)角的軌跡規(guī)劃及其控制
4.6基于SimMechanics工具箱的空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)可視化仿真
4.6.1 SimMechanics工具箱簡(jiǎn)介
4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
4.6.3 空間機(jī)器人系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)過程的可視化仿真
第5章 基于NSB的多模塊航天器協(xié)同控制
5.1 NSB協(xié)同控制方法
5.1.1 NSB方法的分層結(jié)構(gòu)
5.1.2運(yùn)動(dòng)速度指令的計(jì)算
5.2多模塊航天器NSB協(xié)同控制仿真實(shí)例
5.2.1 整體平移
5.2.2整體聚散
5.2.3相對(duì)重心的構(gòu)形變換
5.2.4相對(duì)定點(diǎn)的構(gòu)形變換
5.2.5碰撞避免
第6章 基于xPC目標(biāo)機(jī)的分布式實(shí)時(shí)仿真技術(shù)
6.1 多模塊航天器分布式實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)方案
6.1.1仿真系統(tǒng)總體方案
6.1.2仿真系統(tǒng)硬件組成
6.2分布式xPC實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的構(gòu)建
6.3分布式xPC目標(biāo)機(jī)之間的通信
6.3.1 RS232串口通信Simulink模塊
6.3.2 CAN通信Simulink模塊
6.3.3反射內(nèi)存網(wǎng)通信Simulink模塊
第7章 基于iI—Iawk的并行實(shí)時(shí)仿真
7.1平行實(shí)時(shí)仿真技術(shù)介紹
7.1.1 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的特殊需求
7.1.2 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
7.1.3并行實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)
7.1.4 Simwb軟件介紹
7.2并行仿真中的多模塊調(diào)度
7.2.1 Simulink模型在Simwb中的編輯和編譯
7.2.2衛(wèi)星子系統(tǒng)RTW模塊在Simwb中的并行實(shí)時(shí)調(diào)度
7.3基于Workbench的多模塊并行實(shí)時(shí)仿真
第8章 多模塊航天器控制的半實(shí)物仿真
8.1多模塊航天器半實(shí)物仿真環(huán)境
8.2多模塊航天器NSB協(xié)同控制仿真實(shí)例
8.2.1仿真實(shí)例的設(shè)計(jì)
8.2.2全數(shù)字仿真結(jié)果
8.2.3 實(shí)物仿真結(jié)果
8.3多模塊航天器目標(biāo)捕獲仿真實(shí)例
參考文獻(xiàn)
為支持實(shí)時(shí)仿真程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，在實(shí)時(shí)仿真機(jī)中使用NightStar工具包。NightStar工具包為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供了完整高效的開發(fā)環(huán)境，包括有NightTune應(yīng)用調(diào)試和環(huán)境監(jiān)視器、NightView源代碼級(jí)調(diào)試器、NightTrace運(yùn)行時(shí)分析器、NightSim周期調(diào)度程序和NightProbe數(shù)據(jù)監(jiān)控器。這些工具提供了圖形化界面，專用于實(shí)時(shí)多處理應(yīng)用系統(tǒng)程序的無干擾控制、監(jiān)控、分析和調(diào)試。
仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中涉及多種不同類型模型，各種模型的軟件實(shí)現(xiàn)方式各異。例如，為了保持系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性，與硬件接口關(guān)系緊密，涉及I／O的模塊一般由c語言實(shí)現(xiàn)；為了方便進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，涉及動(dòng)力學(xué)仿真模塊、敏感器執(zhí)行器仿真模塊和控制算法模塊，往往采用Simulink建模。如果可以方便地將不同實(shí)現(xiàn)方式的模塊有機(jī)的結(jié)合在一起，將使系統(tǒng)的軟件開發(fā)工作量大大減輕。Simwb軟件為之提供了非常靈活的解決方案。
3.實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的調(diào)度方法
實(shí)時(shí)仿真中，多個(gè)模型并存，各個(gè)模型執(zhí)行周期不同，模型之間存在復(fù)雜的約束關(guān)系，所有模型的執(zhí)行必須滿足嚴(yán)格的時(shí)間約束。仿真系統(tǒng)的模型調(diào)度方法是解決上述問題的關(guān)鍵所在，是系統(tǒng)運(yùn)行的核心。實(shí)時(shí)仿真有多種模型調(diào)度策略，F(xiàn)BS是實(shí)時(shí)仿真調(diào)度策略中最有效、常用的一類。在iHawk實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，以“實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷模塊”RCIM作為實(shí)時(shí)仿真的時(shí)鐘源。
在實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，F(xiàn)BS、PM（Performance Monitor）是實(shí)現(xiàn)基于頻率帶調(diào)度的核心工具。FBS的實(shí)質(zhì)是任務(wù)的一種同步機(jī)制，以特定的頻率去執(zhí)行進(jìn)程。頻率基于由RCIM卡和外部中斷提供的高精度定時(shí)器。Performance Monitor監(jiān)視FBS調(diào)度的各個(gè)進(jìn)程的CPU使用狀況，幫助用戶在各個(gè)CPU之間進(jìn)行任務(wù)分配，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，獲得更高的處理效率。
RedHawk Linux的FBS RPM包中提供了對(duì)FBS、PM和RTCP（the RealTime Command Processor）的內(nèi)核支持。如果需要RCIM卡作為時(shí)鐘源，需要安裝RCIM卡。從軟件環(huán)境的角度來看，在實(shí)時(shí)仿真環(huán)境中，可以通過三種方式獲得FBS的支持：第一是RTCP，用戶通過編制腳本對(duì)模型的調(diào)度方式進(jìn)行設(shè)置。第二是通過程序調(diào)用庫函數(shù)，用戶可以通過c語言程序調(diào)用對(duì)應(yīng)的庫函數(shù)對(duì)FBS調(diào)度器的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。第三是NightSim，NightSim是并行公司為支持FBS所提供的一種圖形化調(diào)度器設(shè)置工具，可以通過圖形方式快速地對(duì)每個(gè)模型的執(zhí)行調(diào)度頻率，運(yùn)行優(yōu)先級(jí)以及CPU的分配方式進(jìn)行設(shè)置。
……
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