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| 內容簡介： |
模块变形航天器因系统动力学参数随时间变化，给姿态控制带来了新的挑战。
《模块变形航天器的姿态控制技术》围绕模块变形航天器转动惯量在轨辨识与组合航天器姿态控制两个方面的问题进行了深入研究。内容包括：模块变形航天器姿态动力学建模方法；航天器转动惯量在轨辨识；优激励轨迹设计；时变参数航天器自适应控制；航天器有限时间姿态控制；执行器饱和条件下的姿态跟踪控制；无退绕姿态控制等。
《模块变形航天器的姿态控制技术》的特色在于将姿态控制律在特殊正交李群SO（3）上进行设计，避免了不稳定的退绕现象。
《模块变形航天器的姿态控制技术》提出的控制方法和辨识方法，可为航空宇航科学与技术专业研究生、高年级本科生和相关研究人员提供参考。
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| 目錄：
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第1章 模块变形航天器姿态运动的数学描述
1．1 引言
1．2 航天器姿态的描述方法
1．2．1 旋转矩阵
1．2．2 欧拉角
1．2．3 欧拉轴／角
1．2．4 姿态四元数
1．2．5 修正罗德里格参数
1．3 姿态运动的构造空间
1．3．1 SO（3）的拓扑结构
1．3．2 李代数so（3）
1．3．3 航天器姿态控制的退绕现象
1．4 模块变形航天器姿态动力学方程
1．4．1 典型的在轨服务操作描述
1．4．2 航天器系统的抽象化处理
1．4．3 系统的角动量
1．4．4 姿态动力学方程推导
1．4．5 质量分布时变效应对稳定性的影响
1．5 姿态跟踪问题的数学模型
1．6 航天器姿态控制研究综述
参考文献
第2章 航天器转动惯量辨识和最优输入设计
2．1 引言
2．2 航天器参数辨识的数学模型
2．3 最优激励轨迹设计
2．3．1 基于法矩阵条件数的性能指标函数
2．3．2 最优输入设计的增广状态模型
2．3．3 模型的求解
2．3．4 最优输入设计算例与结果分析
2．4 DUKF状态-参数估计算法
2．4．1 参数滤波模型和状态滤波模型
2．4．2 参数-状态双重滤波方案的实现
2．5 最优激励下的参数辨识仿真
参考文献
第3章 模块变形航天器姿态自适应控制
3．1 引言
3．2 航天器姿态自适应控制模型
3．2．1 姿态误差动力学和运动学模型
3．2．2 基本假设
3．3 航天器姿态跟踪自适应控制方案设计
3．3．1 平滑投影法
3．3．2 鲁棒逆最优自适应控制原理
3．3．3 基于必然等价性的自适应控制方案设计
3．3．4 基于逆最优自适应的控制方案设计
3．4 闭环系统稳定性分析
3．4．1 无外扰力矩情况下的稳定性分析
3．4．2 有外扰力矩情况下的稳定性分析
3．5 仿真与分析
3．5．1 无外扰力矩情况下的仿真结果
3．5．2 有外扰力矩情况下的仿真结果
参考文献
第4章 模块变形航天器姿态有限时间控制
4．1 引言
4．2 航天器姿态有限时间控制模型
4．3 交增益快速super-twistins算法
4．3．1 变增益super-twistins算法
4．3．2 第一种变增益快速super-twistins算法
4．3．3 第二种变增益快速super-twisting算法
4．3．4 常值参数的取值
4．3．5 变增益的在线调节
4．3．6 仿真与分析
4．4 双幂次组合函数趋近律
4．4．1 收敛特性分析
4．4．2 稳态误差界分析
4．4．3 仿真与分析
4．5 有限时间姿态跟踪控制方案设计
4．5．1 有限时间收敛滑模面设计
4．5．2 基于super-twisting算法的二阶滑模控制方案设计
4．5．3 基于趋近律和微分观测器的控制方案设计
4．6 闭环系统稳定性分析
4．7 仿真与分析
4．7．1 基于super-twisting二阶滑模的控制方案仿真
4．7．2 基于趋近律和微分观测器的控制方案仿真
参考文献
第5章 考虑执行器饱和的模块变形航天器姿态控制
5．1 引言
5．2 考虑执行器饱和的姿态控制模型
5．3 基于扩张状态观测器的控制方案设计
5．3．1 反步法设计
5．3．2 扩张状态观测器
5．3．3 非线性阻尼设计
5．4 闭环系统稳定性分析
5．5 仿真分析
5．5．1 无执行机构饱和情况下的仿真
5．5．2 执行机构饱和情况下的仿真
参考文献
第6章 总结与展望
6．1 本书总结
6．2 本书的主要贡献
6．3 问题展望
附录A 控制理论相关概念
附录B 第2章相关滤波算法和迭代算法
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| 內容試閱：
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自人类成功发射首颗人造卫星以来，持续半个多世纪的太空探索推动了航天技术的快速进步，给国家安全、经济发展和社会生活等领域带来了翻天覆地的变化。航天器的结构、组成也日趋复杂，性能、造价与发射成本也不断提高，对在轨服务的需求应运而生。在轨服务涵盖的任务种类繁多，但无论以何种任务为背景，服务航天器与目标航天器都会对接或捕获形成组合体，组合体的质量分布也会随着服务操作而持续变化。本书以自主式在轨服务的核心技术，即自主控制技术为背景，围绕在轨服务任务中存在的共性问题展开研究，主要涉及模块变形航天器转动惯量在轨辨识与模块变形航天器姿态控制两个方面。目前，国内外学者在此研究领域已取得大量成果，为本书的研究奠定了良好的基础，但是仍然存在下述问题有待进一步研究解决：
（1）在轨服务操作过程中模块变形航天器姿态运动模型的建立。目前已有的研究大多将模块变形航天器视为单刚体或多刚体系统，没有同时考虑系统内部质量分布的变化和各部件之间的相对运动。为此，本书将通过对典型在轨服务操作流程的分析，提炼出能够反映在轨服务操作特点的各种因素，建立更准确的数学模型，为在轨辨识与姿态控制研究提供基础。
（2）以提高模块变形航天器转动惯量在轨辨识精度为目的，快速生成激励信号轨迹的最优输入设计方法的研究。目前，已有的方法存在计算量大，以及未考虑航天器系统的物理约束问题。本书将探索直接将真实系统的物理约束纳入考虑的优化方案，使设计出的激励轨迹更具工程可实现性。
（3）无退绕的姿态控制算法研究。采用参数化的航天器姿态描述方法，因不能全局且唯一地描述完整的姿态构造空间，可能引起系统出现退绕现象，从而导致原本只需小角度姿态机动就可以完成的姿控任务，却要通过相反方向的大角度姿态机动来实现，造成不必要的控制负担。本书对姿态构造空间、退绕现象以及无退绕的姿态控制进行研究，为在轨服务模块变形航天器的自主控制提供有益的参考。
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