内容简介

地球静止轨道普遍具有挠性、充液、多体等动力学特性，长寿命高可靠方面的要求突出，控制任务和控制模式多样，控制系统结构组成复杂，工程上需要考虑的技术问题众多。本书对地球静止轨道涉及的姿态控制和轨道控制技术进行系统而深入的阐述。全书共12章，分为5个部分：部分（第1、3、6章）全面介绍相关的背景知识和基础知识，包括静止轨道的基本概念和技术发展脉络、姿态运动学与动力学、轨道动力学等；第2部分（第4、5章）深入阐述静止轨道姿态控制技术，包括喷气姿态控制和角动量交换姿态控制两大主题；第3部分（第7章）深入阐述静止轨道轨道控制技术，以基于化学推进的轨道控制为主；第4部分（第8、9章）系统介绍本领域的两个重点发展方向，即智能自主控制和静止轨道微小控制；第5部分（第2、10、11、12章）全面介绍与工程实践密切相关的技术，包括静止轨道控制系统设计流程、FDIR设计、地面验证、飞行控制支持与在轨保障等。本书可作为静止轨道控制领域工程技术人员的案头参考书，也可作为相关专业的研究生教材，并可供航天器动力学及航天器控制领域的科研人员参考。

目录

第1章概论11.1静止轨道的定义与特点11.2静止轨道的发展概述31.2.1静止轨道通信31.2.2静止轨道数据中继71.2.3静止轨道气象与光学成像81.2.4静止轨道电子侦察101.2.5静止轨道导弹预警101.3静止轨道轨道、姿态控制任务及特点111.3.1轨道控制111.3.2姿态控制121.3.3姿态确定151.3.4局部指向控制与多级指向控制151.4静止轨道姿态轨道控制技术展望161.4.1大型复杂与小型敏捷的高性能控制161.4.2智能自主控制与人工智能应用161.4.3控制系统的标准化、通用化、模块化161.4.4分布式架构与信息融合171.5全书内容介绍17参考文献18第2章静止轨道控制系统设计要览212.1概述212.2控制系统开发流程212.2.1任务分析与概要设计212.2.2方案设计222.2.3技术设计232.2.4系统测试232.2.5发射及在轨维护232.3控制任务分析242.3.1静止轨道控制任务需求242.3.2静止轨道控制任务分析252.4控制系统概要设计与部件选型282.4.1控制系统敏感器282.4.2控制系统执行机构412.5控制系统方案设计452.5.1控制模式设计462.5.2姿态确定方案设计482.5.3姿态控制方案设计522.6控制系统数字化仿真542.6.1面向工程应用的数字化仿真542.6.2控制系统数字孪生与智慧化仿真技术562.7小结59参考文献60第3章静止轨道姿态运动学与动力学623.1概述623.2姿态描述623.2.1坐标系与坐标换623.2.2静止轨道常用坐标系643.2.3方向余弦矩阵663.2.4欧拉角673.2.5欧拉轴/角693.2.6姿态四元数743.2.7罗德里格斯参数813.3姿态运动学823.3.1方向余弦矩阵对应的运动学方程823.3.2欧拉角对应的运动学方程833.3.3欧拉轴/角对应的运动学方程853.3.4姿态四元数对应的运动学方程863.3.5罗德里格斯参数对应的运动学方程873.4刚体姿态动力学883.4.1基本概念883.4.2动力学方程923.4.3动力学特性分析943.5挠性姿态动力学1003.5.1基于悬臂梁模型的挠性动力学建模1013.5.2挠性动力学特性分析1033.5.3挠性动力学工程化建模1053.6充液姿态动力学1093.6.1基本概念1093.6.2液体横向晃动建模及分析1113.6.3液体横向晃动的等效动力学模型1143.6.4挠性充液动力学综合模型1183.7多体姿态动力学1193.8空间环境力矩1233.8.1太阳光压力矩1233.8.2重力梯度力矩1263.8.3地磁力矩128参考文献132第4章静止轨道喷气姿态控制1354.1概述1354.2喷气控制原理1364.2.1喷气控制系统的工作原理及特点1364.2.2喷气控制系统的分析方法1384.2.3喷气控制系统的设计要求1404.3基于经典控制方法的喷气控制1414.3.1方法概述1414.3.2伪速率调制器的设计与分析1424.3.3PID与校正滤波器的设计1484.3.4稳定性分析1534.3.5数值仿真1584.4基于自适应模糊系统的喷气控制1624.4.1方法概述1624.4.2问题描述1644.4.3基于直接型自适应模糊系统的喷气控制1664.4.4基于间接型自适应模糊系统的喷气控制1724.5基于滑模结构方法的喷气控制1774.5.1方法概述1774.5.2基于VSC的直接开关型喷气控制1804.5.3基于VSC的脉冲调制型喷气控制1834.6基于特征模型的喷气控制1904.6.1方法概述1904.6.2基于特征建模的控制方法设计要点1924.6.3基于特征建模的喷气控制1954.7基于喷气的姿态快速机动控制1994.7.1概述1994.7.2姿态机动路径规划2004.7.3基于跟踪微分和特征模型的喷气姿态机动控制2054.7.4基于特征模型的滑模喷气姿态机动控制2084.8小结210参考文献211第5章静止轨道角动量交换姿态控制2145.1概述2145.2整星偏置角动量控制2155.2.1角动量控制原理2155.2.2偏置角动量控制系统分析2155.2.3偏置动量滚动偏航通道控制2215.3整星零角动量控制2285.3.1环境干扰力矩影响分析2285.3.2角动量装置构型选择2325.3.3轮系角动量包络分析2385.4基于自抗扰算法的零动量姿态控制2395.4.1概述2395.4.2双回路自抗扰姿态控制2435.4.3单回路自抗扰姿态控制2485.5基于融合算法的零动量姿态控制2525.5.1概述2525.5.2基于间接型AFS和干扰补偿的姿态稳定控制2525.5.3基于直接型AFS和干扰补偿的姿态稳定控制2615.5.4滑模与模糊系统相融合的姿态控制2645.6基于角动量交换的姿态机动控制2685.6.1概述2685.6.2基于特征模型的平滑姿态机动2695.6.3兼顾机动性能与稳态性能的姿态控制2705.7角动量管理2735.8在轨估计与辨识2775.8.1动量轮摩擦力矩在线估计2775.8.2太阳光压力矩在线估计2805.8.3挠性模态在线辨识与抑制2815.9小结283参考文献285第6章静止轨道轨道动力学2886.1概述2886.2时间系统与空间坐标系2886.2.1时间系统2886.2.2地球运动模型2906.2.3空间坐标系2926.3二体问题及轨道根数2936.3.1二体问题经典轨道根数2936.3.2地球静止轨道无奇异根数2966.3.3轨道参数的计算和转换2966.4静止轨道轨道摄动2986.4.1摄动方程2986.4.2地球非球形引力摄动2996.4.3日月引力摄动3026.4.4太阳光压摄动3116.4.5小结3136.5轨道控制动力学3146.5.1轨控推力模型3146.5.2脉冲推力动力学方程3146.5.3连续推力动力学方程3156.6相对轨道动力学3166.6.1坐标系及基本假设3166.6.2圆参考轨道相对动力学方程317参考文献319第7章静止轨道轨道控制3207.1概述3207.2静止轨道控制方程3217.3南北位置保持3237.3.1倾角控制目标3237.3.2倾角控制量3247.3.3倾角控制时刻3257.4东西位置保持3267.4.1平经度控制目标3277.4.2平经度控制量3287.4.3平经度控制时刻3297.5偏心率控制3307.5.1偏心率控制目标3307.5.2偏心率控制量3317.5.3偏心率控制时刻3327.6漂星、共位与离轨控制3327.6.1漂星控制3327.6.2共位控制3347.6.3离轨控制3377.7小结338