平动点航天器动力学与控制PDF电子书下载

第1章 平动点应用概论 1

1.1 平动点的基本概念 1

1.2 平动点的任务计划与展望 2

1.2.1 平动点的任务计划 2

1.2.2 平动点的未来任务展望 37

1.3 平动点应用的理论基础 38

参考文献 39

第2章 平动点动力学基础 45

2.1 引言 45

2.2 N体问题简介 46

2.2.1 N体问题的动力学方程 46

2.2.2 N体问题的初积分 46

2.3 圆型限制性三体问题简介 48

2.3.1 动力学方程 49

2.3.2 Jacobi积分与力场特性 50

2.3.3 平动点 52

2.3.4 平动点的稳定性判别 54

参考文献 57

第3章 平动点周期轨道的求解与特性分析 58

3.1 引言 58

3.2 周期轨道的定义与延拓 59

3.2.1 周期轨道的定义 59

3.2.2 利用特征乘子的周期轨道解延拓方法 61

3.3 平动点周期轨道的分析解 62

3.3.1 平动点周期轨道的线性近似解 63

3.3.2 平动点周期轨道的三阶近似解 64

3.4 平动点周期轨道的数值求解 66

3.4.1 Lyapunov轨道的微分校正计算 67

3.4.2 Halo轨道的微分校正计算 68

3.4.3 Vertical轨道的微分校正计算 69

3.4.4 Axial轨道的微分校正计算 71

3.5 平动点周期轨道的特性分析 72

3.5.1 不变流形 73

3.5.2 分岔 74

3.5.3 稳定性 79

参考文献 80

第4章 平动点轨道的摄动分析与控制 83

4.1 引言 83

4.2 平动点动力学摄动建模与分析 84

4.2.1 平动点航天器的受摄动力学模型 84

4.2.2 第四体引力摄动分析 86

4.3 平动点周期轨道的捕获与保持 90

4.3.1 靶点法简介 90

4.3.2 Halo轨道捕获控制 91

4.3.3 Halo轨道保持控制 92

4.4 平动点轨道的转移机动 94

4.4.1 基于线性化的冲量控制方法 94

4.4.2 基于三体Lambert问题的方法 97

参考文献 99

第5章 平动点航天器编队自然构型分析与重构控制 102

5.1 引言 102

5.2 平动点轨道相对运动动力学建模 103

5.2.1 平动点轨道相对运动动力学建模 103

5.2.2 Halo轨道相对运动的三阶近似解 104

5.3 平动点轨道相对运动的自然构型分析 106

5.3.1 同振幅Halo轨道编队构型 106

5.3.2 同相位Halo轨道编队构型 108

5.3.3 不同振幅、不同相位条件下的Halo轨道编队构型 112

5.4 基于正则变换理论的平动点编队构型重构最优控制 114

5.4.1 Hamilton原理与最优控制问题 115

5.4.2 平动点编队构型重构最优控制问题的正则方程 120

5.4.3 生成函数的近似求解方法 121

5.4.4 基于生成函数的平动点编队构型重构最优控制律生成 126

5.4.5 Halo轨道编队构型重构最优控制仿真 128

参考文献 131

第6章 平动点航天器编队有控构型设计与多模态控制 133

6.1 引言 133

6.2 平动点轨道运动的模态分析 134

6.2.1 平动点周期轨道的Floquet模态 134

6.2.2 平动点周期轨道的Floquet模态特性分析 135

6.3 基于Floquet模态的平动点轨道相对运动构型设计 137

6.3.1 平动点周期轨道相对运动的Floquet模态分解 137

6.3.2 基于Floquet模态的平动点编队构型设计 139

6.4 基于Floquet模态的平动点编队构型控制 142

6.4.1 Floquet冲量控制策略及理论分析 142

6.4.2 基于Floquet模态的构型保持控制方法 145

6.4.3 基于Floquet模态构型捕获与重构控制方法 148

参考文献 156

第7章 平动点航天器姿态动力学建模与稳定性分析 158

7.1 引言 158

7.2 带偏置动量轮的平动点航天器姿态运动建模 159

7.2.1 动力学建模 159

7.2.2 动力学模型化简 161

7.3 平动点处的姿态稳定性分析 162

7.3.1 平动点附近航天器的姿态稳定性判据 162

7.3.2 地月L1平动点处航天器的姿态稳定性仿真分析 164

7.3.3 姿态稳定性的解析分析 165

7.4 平动点周期轨道上航天器姿态稳定性分析 166

7.4.1 平动点周期轨道的航天器姿态运动仿真分析 166

7.4.2 平动点周期轨道航天器姿态稳定性的分析方法 168

7.4.3 方法比较与运动机理分析 172

参考文献 175

第8章 平动点航天器交会对接的六自由度耦合控制 177

8.1 引言 177

8.2 平动点交会对接航天器的六自由度动力学模型 178

8.2.1 坐标系定义 178

8.2.2 相对运动轨道动力学方程 179

8.2.3 姿态动力学模型 179

8.3 平动点交会对接航天器的自主视线控制原理 181

8.3.1 追踪航天器的星载测量装置 181

8.3.2 自主交会的视线控制原理 182

8.3.3 N％制导方法 183

8.4 状态观测器及控制器设计 184

8.4.1 轨道相对速度观测器 185

8.4.2 轨道相对运动控制器 186

8.4.3 姿态角速度观测器 187

8.4.4 姿态跟踪控制器 188

8.5 Halo轨道交会对接航天器的近程制导与控制仿真 189

8.5.1 仿真条件设置 189

8.5.2 仿真结果与分析 190

参考文献 195

第9章 平动点导航星座设计与分析 196

9.1 引言 196

9.2 美国空间通信与导航体系规划和平动点星座 197

9.2.1 美国空间通信与导航体系规划 197

9.2.2 利用平动点星座的月球导航方案 198

9.3 地月平动点卫星导航系统初步设计 201

9.3.1 平动点卫星导航系统原理 201

9.3.2 地月平动点导航星座的设计步骤与要素分析 202

9.3.3 平动点导航星座的概要设计 204

9.3.4 结论 211

参考文献 211

附录A Halo轨道三阶近似解系数 214

附录B 主要常数 217

索引 218