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| 編輯推薦： |
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本书基于作者研究成果汇总而成，对大型挠性航天器的非线性多场耦合动力学、液体燃料的晃动控制、挠性结构的振动抑制、及航天器大角度姿态控制等问题进行了讨论；深入研究充液挠性航天器的姿态机动控制和振动控制抑制问题，可为复杂航天器的姿态控制设计提供理论储备。
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| 內容簡介： |
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本书基于作者近十年的研究成果，系统讨论了大型挠性航天器的非线性多场耦合动力学、液体燃料的晃动控制、挠性结构的振动抑制及航天器大角度姿态控制等问题；深入研究了充液挠性航天器的姿态机动控制和振动控制抑制问题。具体包括充液航天器自适应神经网络动态逆控制复合控制、充液航天器模糊自适应动态输出反馈控制、考虑测量不确定和输入饱和的充液航天器姿态机动控制、充液航天器的固定时间终端滑模容错控制、考虑测量不确定性的充液航天器自适应容错控制、多模态充液航天器自适应滑模控制、光压扰动下挠性充液航天器的姿态机动控制研究、充液挠性航天器模糊自适应姿态机动控制、带有大挠性结构充液航天器混合控制方法研究。本书可供航空、航天等部门从事卫星、火箭的总体设计等专业领域的科研人员使用，也可作为高等院校相关专业研究生的科研参考书。
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| 關於作者： |
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宋晓娟，内蒙古工业大学教授。中国运筹学会可靠性分会青年委员，美国弗吉尼亚理工大学联合培养博士。主要从事多体航天器姿态动力学建模与稳定性控制、智能柔性结构振动控制等方向的研究。主持省部级以上科研项目3项，其中国家自然科学基金2项、内蒙古自然科学基金面上项目1项。以一作或通讯作者发表论文20余篇，其中SCI/EI收录10篇。研究成果曾获2017年ICMR国际可靠性会议最佳论文奖，北方七省市力学会议优秀青年教师奖。
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| 目錄：
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第1章绪论001
1.1引言001
1.2复杂航天器动力学建模研究进展003
1.3充液航天器多场耦合系统动力学研究现状006
1.3.1航天器刚-液耦合动力学问题007
1.3.2航天器刚-液-控耦合动力学问题008
1.3.3航天器刚-液-柔-控耦合动力学问题009
1.4航天器姿态控制的研究现状010
1.4.1反馈控制技术在充液航天器中的应用011
1.4.2基于开环控制技术的前馈控制方法012
1.4.3智能材料在控制系统中的应用013
参考文献014
第2章基本理论020
2.1引言020
2.2几种常用坐标介绍020
2.3航天器姿态描述和动力学方程021
2.3.1欧拉角描述法021
2.3.2四元数描述法022
2.3.3姿态动力学方程023
2.4压电材料的本构方程023
2.5液体晃动等效力学模型研究026
参考文献027
第3章动态逆控制与反向传播神经网络029
3.1引言029
3.2动态逆控制030
3.2.1李导数和李括号030
3.2.2反馈线性化031
3.3反向传播神经网络算法032
3.3.1人工神经元的数学模型032
3.3.2三层反向传播神经网络模型033
3.3.3反向传播算法035
3.3.4反向传播网络的设计基础036
3.3.5改进反向传播算法039
参考文献040
第4章输入成型控制方法理论041
4.1引言041
4.2输入成型技术概述042
4.2.1输入成型器的基本原理042
4.2.2输入成型器的设计方法044
4.3输入成型器设计目标与约束条件050
参考文献050
第5章充液航天器自适应神经网络动态逆控制复合控制052
5.1引言052
5.2充液航天器力学模型053
5.3神经网络动态逆控制方法设计056
5.3.1非线性动态逆控制056
5.3.2自适应非线性动态逆控制器设计058
5.3.3充液航天器控制仿真分析060
5.4充液航天器的输入成型器设计065
5.5充液航天器姿态机动复合控制及仿真分析068
5.6本章小结074
参考文献074
第6章充液航天器模糊自适应动态输出反馈控制076
6.1引言076
6.2充液航天器动力学建模077
6.3设计充液航天器的自适应状态反馈控制律079
6.3.1刚体航天器PD控制律079
6.3.2设计充液航天器的抗干扰状态反馈控制律080
6.3.3设计充液航天器自适应状态反馈控制律082
6.3.4自适应输出反馈控制器模糊化参数设计083
6.4数值模拟086
6.5本章小结090
参考文献090
第7章考虑测量不确定和输入饱和的充液航天器姿态机动控制092
7.1引言092
7.2考虑不确定性充液航天器动力学建模093
7.3控制律设计和稳定性分析094
7.3.1基于非线性干扰观测器的反步控制094
7.3.2输出反馈反步控制律设计097
7.3.3输入饱和的输出反馈控制律设计098
7.4数值模拟102
7.5本章小结109
参考文献110
第8章充液航天器的固定时间终端滑模容错控制112
8.1引言112
8.2考虑执行器故障的充液航天器动力学建模113
8.2.1执行器的故障模型113
8.2.2充液航天器的姿态动力学方程114
8.3固定时间控制器设计和稳定性分析115
8.3.1基本定义和基本引理115
8.3.2固定时间滑模面设计116
8.3.3固定时间控制器设计117
8.4数值模拟122
8.5本章小结126
参考文献126
第9章考虑测量不确定的充液航天器自适应容错控制128
9.1引言128
9.2充液航天器动力学建模129
9.2.1航天器的数学模型129
9.2.2测量的动力学模型129
9.3鲁棒容错控制律设计和稳定性分析131
9.4数值模拟138
9.5本章小结143
参考文献143
第10章多模态充液航天器自适应滑模控制145
10.1引言145
10.2多模态充液航天器动力学建模146
10.3欠驱动反馈控制率设计148
10.3.1滑动模态控制律148
10.3.2设计自适应滑动模态控制律150
10.4多模态输入成型控制方法152
10.5数值模拟152
10.6本章小结161
参考文献162
第11章光压扰动下充液挠性航天器的姿态机动控制研究163
11.1引言163
11.2充液挠性航天器动力学模型164
11.3光压响应数值分析170
11.4充液挠性航天器姿态机动控制173
11.4.1考虑饱和输入的自适应滑模控制律设计175
11.4.2PPF主动振动控制补偿器设计178
11.5仿真分析179
11.6本章小结185
参考文献185
第12章充液挠性航天器模糊自适应姿态机动控制187
12.1引言187
12.2充液柔性航天器动力学建模188
12.3复合控制策略的设计190
12.3.1状态反馈退步控制器设计190
12.3.2自适应输出反馈控制律的设计191
12.3.3无角速度自适应控制方法193
12.3.4命令光滑器控制设计195
12.4数值实例197
12.5本章小结202
参考文献203
第13章带有大挠性结构充液航天器混合控制方法研究204
13.1引言204
13.2动力学建模205
13.2.1挠性附件动力学模型206
13.2.2航天器本体与液体燃料等效模型动力学建模209
13.3奇异摄动理论210
13.4设计航天器慢变子系统控制器212
13.4.1设计模糊滑模控制律213
13.4.2设计喷气推力控制律216
13.5设计快变子系统控制器216
13.6仿真分析217
13.7本章小结222
参考文献222
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| 內容試閱：
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现代航天器已经逐步发展为包含多体（刚体、柔性体）-液体-控制体的多场耦合动力学系统。航天器在变轨、交会、对接及装配过程中，大量液体燃料的晃动和大型柔性附件的振动，使得系统的动力学耦合问题相当突出。与此同时，航天器高精度机动性能的要求又必须保证系统稳定，完成姿态镇定及目标跟踪等控制目的。因此建立包含充液系统复杂航天器的多场耦合动力学系统研究已成为当今航天任务中的攻关问题之一。
本书对大型挠性航天器的非线性多场耦合动力学、液体燃料的晃动控制、挠性结构的振动抑制及航天器大角度姿态控制等问题进行讨论；深入研究充液挠性航天器的姿态机动控制和振动控制问题，为复杂航天器的姿态控制设计提供理论储备。
随着充液挠性航天结构的快速发展，对多体耦合航天器机动过程中姿态控制的研究就越发显得必要。本书共分13章：第1章为绪论，概述了液体晃动动力学建模研究现状，总结了充液航天器多场耦合系统动力学研究概况，综述了充液航天器控制策略研究状况；第2章为基本理论，介绍了描述航天器姿态运动常用的几种坐标系，论述了航天器姿态描述方法及其动力学方程，介绍了压电材料的本构方程以及液体晃动等效力学模型；第3～5章，研究了平面运动的充液航天器姿态机动问题，设计了基于输入成型的神经网络动态逆复合控制策略；第6～9章，研究了三轴稳定充液航天器大角度姿态机动控制，液体燃料等效为单摆模型，考虑航天器模型存在外部未知干扰、转动惯量不确定性以及液体晃动位移不可测量的特性，分别设计了模糊自适应动态输出反馈控制，反步法结合非线性干扰观测器和指令滤波器的鲁棒饱和输出反馈复合控制，固定时间终端滑模控制，以及基于滑模干扰观测器和快速终端滑模控制的容错控制策略；第10章，考虑了多模态液体晃动对航天器控制的影响；第11章，研究了光压扰动影响下充液挠性航天器的姿态机动控制问题；第12章，利用命令光滑器来抑制液体晃动和柔性附件的振动，复合控制器只需要系统的角速度信息反馈就可实现系统的渐近稳定；第13章，将挠性结构大变形纳入耦合航天器动力学系统建模过程中，引入奇异摄动理论将航天器系统分解为快变系统及慢变系统，并分别进行控制。
本书是作者结合近十年的研究成果编写而成，由宋晓娟、祝乐梅、吕书锋著，各章的执笔人为：第1、2章宋晓娟、祝乐梅；第3～5章祝乐梅，第6～9章宋晓娟；第10章宋晓娟、吕书锋；第11章宋晓娟；第12、13章宋晓娟、祝乐梅、吕书锋。衷心感谢北京理工大学的岳宝增教授对本书提供的指导和帮助，感谢硕士研究生王宏伟为本书第7～9章内容贡献的出色工作，感谢硕士研究生李雪松对本书第6章、第12章内容的贡献，感谢化学工业出版社编辑为本书高质量出版提供的帮助。
本书可供航空、航天领域从事卫星、火箭总体设计等的科研人员使用，也可作为高等院校相关专业研究生的科研参考书。
衷心感谢国家自然科学基金项目（11962020、11502122、11862020、12172182、12132002）和内蒙古自然科学基金项目（2019MS05065）对本书内容研究提供资助。
鉴于水平有限，书中难免有疏漏之处，敬请读者指正。
著者
2022年3月31日
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