靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制技術(shù)

目錄




第1章概論1

1.1靜止軌道衛(wèi)星的定義與特點(diǎn)1

1.2靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)展概述3

1.2.1靜止軌道通信衛(wèi)星3

1.2.2靜止軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星7

1.2.3靜止軌道氣象衛(wèi)星與光學(xué)成像衛(wèi)星8

1.2.4靜止軌道電子偵察衛(wèi)星10

1.2.5靜止軌道導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星10

1.3靜止軌道衛(wèi)星軌道、姿態(tài)控制任務(wù)及特點(diǎn)11

1.3.1軌道控制11

1.3.2姿態(tài)控制12

1.3.3姿態(tài)確定15

1.3.4局部指向控制與多級指向控制15

1.4靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制技術(shù)展望16

1.4.1大型復(fù)雜衛(wèi)星與小型敏捷衛(wèi)星的高性能控制16

1.4.2智能自主控制與人工智能應(yīng)用16

1.4.3控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化16

1.4.4分布式架構(gòu)與信息融合17

1.5全書內(nèi)容介紹17

參考文獻(xiàn)18
第2章靜止軌道衛(wèi)星控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要覽21

2.1概述21

2.2衛(wèi)星控制系統(tǒng)開發(fā)流程21

2.2.1任務(wù)分析與概要設(shè)計(jì)21

2.2.2方案設(shè)計(jì)22

2.2.3技術(shù)設(shè)計(jì)23

2.2.4系統(tǒng)測試23

2.2.5發(fā)射及在軌維護(hù)23

2.3衛(wèi)星控制任務(wù)分析24

2.3.1靜止軌道衛(wèi)星控制任務(wù)需求24

2.3.2靜止軌道衛(wèi)星控制任務(wù)分析25

2.4衛(wèi)星控制系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)與部件選型28

2.4.1控制系統(tǒng)敏感器28

2.4.2控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)41

2.5衛(wèi)星控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)45

2.5.1控制模式設(shè)計(jì)46

2.5.2姿態(tài)確定方案設(shè)計(jì)48

2.5.3姿態(tài)控制方案設(shè)計(jì)52

2.6衛(wèi)星控制系統(tǒng)數(shù)字化仿真54

2.6.1面向工程應(yīng)用的數(shù)字化仿真54

2.6.2控制系統(tǒng)數(shù)字孿生與智慧化仿真技術(shù)56

2.7小結(jié)59

參考文獻(xiàn)60
第3章靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)62

3.1概述62

3.2姿態(tài)描述62

3.2.1坐標(biāo)系與坐標(biāo)變換62

3.2.2靜止軌道衛(wèi)星常用坐標(biāo)系64

3.2.3方向余弦矩陣66

3.2.4歐拉角67

3.2.5歐拉軸/角69

3.2.6姿態(tài)四元數(shù)74

3.2.7羅德里格斯參數(shù)81

3.3姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)82

3.3.1方向余弦矩陣對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程82

3.3.2歐拉角對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程83

3.3.3歐拉軸/角對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程85

3.3.4姿態(tài)四元數(shù)對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程86

3.3.5羅德里格斯參數(shù)對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程87

3.4剛體衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)88

3.4.1基本概念88

3.4.2動(dòng)力學(xué)方程92

3.4.3動(dòng)力學(xué)特性分析94

3.5撓性衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)100

3.5.1基于懸臂梁模型的撓性衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)建模101

3.5.2撓性動(dòng)力學(xué)特性分析103

3.5.3撓性衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)工程化建模105

3.6充液衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)109

3.6.1基本概念109

3.6.2液體橫向晃動(dòng)建模及分析111

3.6.3液體橫向晃動(dòng)的等效動(dòng)力學(xué)模型114

3.6.4撓性充液衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)綜合模型118

3.7多體衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)119

3.8空間環(huán)境力矩123

3.8.1太陽光壓力矩123

3.8.2重力梯度力矩126

3.8.3地磁力矩128

參考文獻(xiàn)132
第4章靜止軌道衛(wèi)星噴氣姿態(tài)控制135

4.1概述135

4.2噴氣控制原理136

4.2.1噴氣控制系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)136

4.2.2噴氣控制系統(tǒng)的分析方法138

4.2.3噴氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求140

4.3基于經(jīng)典控制方法的噴氣控制141

4.3.1方法概述141

4.3.2偽速率調(diào)制器的設(shè)計(jì)與分析142

4.3.3PID與校正濾波器的設(shè)計(jì)148

4.3.4穩(wěn)定性分析153

4.3.5數(shù)值仿真158

4.4基于自適應(yīng)模糊系統(tǒng)的噴氣控制162

4.4.1方法概述162

4.4.2問題描述164

4.4.3基于直接型自適應(yīng)模糊系統(tǒng)的噴氣控制166

4.4.4基于間接型自適應(yīng)模糊系統(tǒng)的噴氣控制172

4.5基于滑模變結(jié)構(gòu)方法的噴氣控制177

4.5.1方法概述177

4.5.2基于VSC的直接開關(guān)型噴氣控制180

4.5.3基于VSC的脈沖調(diào)制型噴氣控制183

4.6基于特征模型的噴氣控制190

4.6.1方法概述190

4.6.2基于特征建模的控制方法設(shè)計(jì)要點(diǎn)192

4.6.3基于特征建模的噴氣控制195

4.7基于噴氣的姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)控制199

4.7.1概述199

4.7.2姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑規(guī)劃200

4.7.3基于跟蹤微分和特征模型的噴氣姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制205

4.7.4基于特征模型的滑模噴氣姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制208

4.8小結(jié)210

參考文獻(xiàn)211
第5章靜止軌道衛(wèi)星角動(dòng)量交換姿態(tài)控制214

5.1概述214

5.2整星偏置角動(dòng)量控制215

5.2.1角動(dòng)量控制原理215

5.2.2偏置角動(dòng)量控制系統(tǒng)分析215

5.2.3偏置動(dòng)量衛(wèi)星滾動(dòng)偏航通道控制221

5.3整星零角動(dòng)量控制228

5.3.1環(huán)境干擾力矩影響分析228

5.3.2角動(dòng)量裝置構(gòu)型選擇232

5.3.3輪系角動(dòng)量包絡(luò)分析238

5.4基于自抗擾算法的零動(dòng)量姿態(tài)控制239

5.4.1概述239

5.4.2雙回路自抗擾姿態(tài)控制243

5.4.3單回路自抗擾姿態(tài)控制248

5.5基于融合算法的零動(dòng)量姿態(tài)控制252

5.5.1概述252

5.5.2基于間接型AFS和干擾補(bǔ)償?shù)淖藨B(tài)穩(wěn)定控制252

5.5.3基于直接型AFS和干擾補(bǔ)償?shù)淖藨B(tài)穩(wěn)定控制261

5.5.4滑模與模糊系統(tǒng)相融合的姿態(tài)控制264

5.6基于角動(dòng)量交換的姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制268

5.6.1概述268

5.6.2基于特征模型的平滑姿態(tài)機(jī)動(dòng)269

5.6.3兼顧機(jī)動(dòng)性能與穩(wěn)態(tài)性能的姿態(tài)控制270

5.7角動(dòng)量管理273

5.8在軌估計(jì)與辨識(shí)277

5.8.1動(dòng)量輪摩擦力矩在線估計(jì)277

5.8.2太陽光壓力矩在線估計(jì)280

5.8.3撓性模態(tài)在線辨識(shí)與抑制281

5.9小結(jié)283

參考文獻(xiàn)285
第6章靜止軌道衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)288

6.1概述288

6.2時(shí)間系統(tǒng)與空間坐標(biāo)系288

6.2.1時(shí)間系統(tǒng)288

6.2.2地球運(yùn)動(dòng)模型290

6.2.3空間坐標(biāo)系292

6.3二體問題及軌道根數(shù)293

6.3.1二體問題經(jīng)典軌道根數(shù)293

6.3.2地球靜止軌道無奇異根數(shù)296

6.3.3軌道參數(shù)的計(jì)算和轉(zhuǎn)換296

6.4靜止軌道衛(wèi)星軌道攝動(dòng)298

6.4.1攝動(dòng)方程298

6.4.2地球非球形引力攝動(dòng)299

6.4.3日月引力攝動(dòng)302

6.4.4太陽光壓攝動(dòng)311

6.4.5小結(jié)313

6.5軌道控制動(dòng)力學(xué)314

6.5.1軌控推力模型314

6.5.2脈沖推力動(dòng)力學(xué)方程314

6.5.3連續(xù)推力動(dòng)力學(xué)方程315

6.6相對軌道動(dòng)力學(xué)316

6.6.1坐標(biāo)系及基本假設(shè)316

6.6.2圓參考軌道相對動(dòng)力學(xué)方程317

參考文獻(xiàn)319
第7章靜止軌道衛(wèi)星軌道控制320

7.1概述320

7.2靜止軌道控制方程321

7.3南北位置保持323

7.3.1傾角控制目標(biāo)323

7.3.2傾角控制量324

7.3.3傾角控制時(shí)刻325

7.4東西位置保持326

7.4.1平經(jīng)度控制目標(biāo)327

7.4.2平經(jīng)度控制量328

7.4.3平經(jīng)度控制時(shí)刻329

7.5偏心率控制330

7.5.1偏心率控制目標(biāo)330

7.5.2偏心率控制量331

7.5.3偏心率控制時(shí)刻332

7.6漂星、共位與離軌控制332

7.6.1漂星控制332

7.6.2共位控制334

7.6.3離軌控制337

7.7小結(jié)338