航天器電磁對接/編隊飛行是當前國際航天領域一個新的研究方向和熱點，本書是該方向國內**本專著，系統(tǒng)介紹了航天器電磁對接/編隊飛行技術現(xiàn)狀、動力學理論、控制方法和地面實驗研究情況。全書共7章，內容主要包括星間電磁作用建模基礎、航天器電磁對接/分離動力學、航天器電磁對接/分離控制和相關地面試驗技術。本書內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合，比較系統(tǒng)地闡述了航天器電磁對接/編隊飛行的技術原理和方法，具有較強的前沿性和實用性。本書可供航天器設計、航天動力學與控制、在軌服務等領域的研究與技術人員參考，也可作為高等院校飛行器設計、自動控制等相關專業(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月考入國防科學技術大學�，F(xiàn)任國防科學技術大學航天科學與工程學院教授、博士生導師、科技委委員，國家863專家，軍隊戰(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技術等研究，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》、等學術專著和教材8部，在國內外學術期刊和會議上發(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國內外研究綜述5
1.2.1動力學建模與特性分析5
1.2.2電磁作用控制8
1.2.3地面試驗驗證12
1.3本書組織結構與主要內容12
1.3.1組織結構12
1.3.2主要內容13
參考文獻15
第2章 星間電磁作用基礎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模型應用準則31
2.4小結32
參考文獻32
第3章 電磁對接／分離動力學33
3.1概述33
3.2基于牛頓運動定律的動力學建模33
3.2.1運動狀態(tài)描述33
3.2.2動力學模型36
航天器電磁對接／編隊飛行動力學與控制
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分離軌跡的制導控制體化設計95
4.4.1循環(huán)追蹤控制基本理論95
4.4.2分離軌跡的制導控制律設計96
4.4.3參數(shù)整定97
4.4.4仿真算例98
4.5小結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設計策略116
5.4.1設計思路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)硬件設計129
6.3.1結構分系統(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試驗設計137
6.5.2試驗結果分析138
6.6小結140
參考文獻140
第7章 電磁編隊飛行動力學141
7.1概述141
7.2基于Eulcr-Lagrangc方程的動力學建模141
7.2.1系統(tǒng)能量141
7.2.2動力學模型143
7.3基于Kane方法的動力學建模145
7.3.1廣義坐標與廣義速率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158
8.2.1徑向分布動力學158
8.2.2切向／法向分布動力學160
8.3靜態(tài)編隊及其穩(wěn)定性161
8.3.1靜態(tài)編隊構形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深空自旋編隊構形172
8.4.3穩(wěn)定性分析173
8.5小結174
參考文獻175
第9章 三星電磁編隊不變構形及其穩(wěn)定性176
9.1概述176
9.2三星電磁編隊動力學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)共線構形182
9.3.3自旋共線構形186
9.4電磁編隊三角形不變構形187
9.4.1靜態(tài)三角形構形188
9.4.2自旋三角形構形192
9.5穩(wěn)定性分析194
9.6小結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的構形保持控制201
10.2.3仿真算例203
10.3構形重構控制212
10.3.1重構軌跡規(guī)劃212
10.3.2基于偽譜法的最優(yōu)構形重構控制213
10.3.3仿真算例220
10.4小結223
參考文獻224
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