本书在深入分析航天器复杂模型特点的基础上，重点对影响航天器安全飞行的控制问题进行研究。全书以当前国内外在该领域的最新研究成果为背景，提炼其中的关键科学问题，包括复杂航天器姿态稳定控制、姿态机动轨迹优化与稳定跟踪控制、故障诊断与容错控制，微小卫星编队构型优化及姿态同步控制等。在此基础上，搭建了分布式虚拟实时仿真平台模拟航天器真实运行环境，并进行航天器运行可视化三维视景演示，建立了面向航天器系统的实时仿真验证系统。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 航天器基本概念 1
1.2 航天器研究进展 6
1.2.1 国内外典型航天器发展现状 6
1.2.2 复杂航天器姿态控制 14
1.2.3 航天器故障诊断与容错控制 18
1.2.4 航天器编队控制 20
1.2.5 航天器仿真平台 22
1.3 航天器控制难点问题 23
1.4 特点和内容安排 26
1.5 小结 27
参考文献 27
第2章 复杂航天器模型 35
2.1 航天器运动学模型 35
2.1.1 坐标系 36
2.1.2 姿态数学模型描述 36
2.2 航天器姿态动力学模型 39
2.2.1 刚体航天器动力学模型 40
2.2.2 刚柔航天器动力学模型 40
2.2.3 刚液航天器动力学模型 51
2.2.4 刚-柔-液复杂航天器动力学模型 58
2.3 小结 60
参考文献 61
第3章 复杂航天器姿态稳定控制 62
3.1 输入成形器方法概述 62
3.1.1 输入成形器基本原理 62
3.1.2 几种典型的输入成形器 64
3.2 基于输入成形器的姿态稳定控制器设计 70
3.2.1 FR输入成形器设计 71
3.2.2 姿态稳定控制器设计 74
3.2.3 仿真分析 78
3.3 基于阻尼反馈的姿态稳定控制器设计 83
3.3.1 干扰观测器与柔性振动观测器设计 83
3.3.2 姿态稳定控制器设计 87
3.3.3 仿真分析 91
3.4 小结 96
参考文献 96
第4章 复杂航天器姿态机动轨迹优化与稳定跟踪控制 98
4.1 航天器姿态机动轨迹优化 98
4.1.1 姿态机动轨迹设计与稳定跟踪控制总体框架 98
4.1.2 姿态机动轨迹设计多目标多约束条件建立 99
4.1.3 基于Gauss伪谱法的姿态机动轨迹设计 104
4.2 有限时间姿态角速度估计 107
4.2.1 有限时间状态观测器设计 108
4.2.2 角速度求解 111
4.3 航天器姿态机动稳定跟踪控制 112
4.3.1 面向控制建模 112
4.3.2 姿态机动稳定跟踪控制器设计 114
4.3.3 仿真分析 122
4.4 小结 131
参考文献 131
第5章 航天器故障诊断与容错控制 132
5.1 航天器故障概述 132
5.1.1 航天器故障案例 132
5.1.2 航天器故障类型 134
5.2 基于滑模观测器的航天器有限时间被动容错控制 136
5.2.1 故障影响下的航天器模型建立 136
5.2.2 航天器观测器-容错控制器综合设计 138
5.2.3 仿真分析 144
5.3 基于自适应策略的主动航天器故障诊断与容错控制 146
5.3.1 故障检测策略 147
5.3.2 故障重构观测器设计 149
5.3.3 容错控制器设计 151
5.3.4 仿真分析 152
5.4 基于滑模增广系统的故障诊断-容错控制一体化设计 154
5.4.1 面向一体化设计的航天器增广系统模型建立 155
5.4.2 故障估计器与容错控制器一体化设计 158
5.4.3 仿真分析 163
5.5 小结 166
参考文献 167
第6章 微小卫星编队构型优化及姿态同步控制 168
6.1 卫星编队合成孔径成像控制方案 168
6.1.1 空间圆编队成像控制方案 170
6.1.2 水平圆编队成像控制方案 174
6.2 卫星编队构型优化与控制 176
6.2.1 卫星编队相对运动模型 176
6.2.2 卫星编队构型优化 179
6.2.3 卫星编队构型控制 186
6.3 卫星编队姿态控制 193
6.3.1 卫星编队模型及问题描述 193
6.3.2 自适应有限时间分布式观测器设计 195
6.3.3 姿态同步控制器设计 199
6.3.4 仿真分析 205
6.4 小结 210
参考文献 210
第7章 分布式虚拟实时仿真平台设计与实现 212
7.1 分布式虚拟实时仿真平台总体方案 212
7.1.1 仿真平台需求分析 212
7.1.2 仿真平台结构设计 214
7.1.3 仿真平台软件开发环境 216
7.2 主控软件设计与实现 217
7.2.1 仿真平台主控软件总体架构设计 217
7.2.2 主控软件设计模式 218
7.2.3 主控软件用户界面开发 219
7.2.4 基于xPC API的实时仿真模块开发 221
7.2.5 基于Socket和Protobuf的网络通信模块开发 224
7.2.6 基于MySQL的数据管理模块开发 230
7.2.7 基于9030控制卡的转台驱动模块开发 232
7.3 视景软件设计与实现 235
7.3.1 视景软件总体结构设计 235
7.3.2 航天器虚拟场景搭建 236
7.3.3 场景运行逻辑开发 239
7.3.4 基于UGUI的图形用户界面开发 242
7.4 人机交互设计与实现 244
7.4.1 仿真平台人机交互架构 244
7.4.2 语音交互模块开发 244
7.4.3 虚拟现实交互模块 248
7.5 航天器虚拟仿真系统实验 249
7.5.1 仿真平台搭建 249
7.5.2 仿真实验设计与结果分析 250
7.6 小结 255
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