航天器电池阵/天线动力学与控制

图书标准信息

• 作者 蔡国平；刘翔；李海泉；房光强
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2023-02
• 版次 1
• ISBN 9787030749666
• 定价 228.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 412页
• 字数 532.000千字

【内容简介】

本书共四篇，分别以航天器空间帆板、大型空间桁架电池阵、大型空间薄膜天线、大型空间平面相控阵天线为对象，介绍它们的动力学与控制的理论与方法。帆板研究内容包括：刚性帆板展开动力学建模与主动控制，柔性帆板展开动力学建模与主动控制，铰摩擦问题。桁架电池阵研究内容包括：展开动力学建模与主动控制，关节间隙问题和摩擦问题，程序设计问题。薄膜天线研究内容包括：褶皱分析，结构动力学建模与振动主动控制，刚柔耦合动力学建模与主动控制，挠性参数在轨辨识技术。平面相控阵天线研究内容包括：形面保持控制技术，空间热载荷分析，振动主动控制，动力学模型等效。本书内容是作者多年来在空间天线和电池阵方面的研究成果汇总，具有系统性、新颖性和先进性。

【目录】

目录 

前言 

第一篇 空间帆板展开动力学与控制 

第1章 绪论 1：空间帆板展开动力学与控制 3 

1.1 研究目的和意义 3 

1.2 空间帆板展开动力学研究综述 3 

1.2.1 多体系统动力学 3 

1.2.2 空间帆板展开动力学 7 

1.3 空间帆板控制问题研究综述 9 

1.4 其他问题的研究 10 

1.5 本篇研究内容 11 

参考文献 11 

第2章 刚性空间帆板展开动力学与控制 16 

2.1 引言 16 

2.2 刚性帆板系统描述 17 

2.2.1 系统描述 17 

2.2.2 同步机构 18 

2.2.3 锁定机构 18 

2.3 多刚体系统动力学与控制 19 

2.3.1 系统动力学建模 19 

2.3.2 控制设计 26 

2.4 数值仿真 28 

2.4.1 展开与锁定仿真 29 

2.4.2 姿态控制仿真 31 

2.5 本章小结 36 

参考文献 37 

第3章 柔性空间帆板展开动力学与控制 38 

3.1 引言 38 

3.2 柔性帆板离散化方法 39

3.3 多柔体系统动力学与控制 40 

3.3.1 系统动力学建模 40 

3.3.2 控制设计 49 

3.4 数值仿真 49 

3.4.1 ADAMS 仿真 50 

3.4.2 本章理论仿真 52 

3.4.3 控制仿真 56 

3.5 本章小结 58 

参考文献 58 

第4章 考虑铰摩擦的空间帆板展开动力学 60 

4.1 引言 60 

4.2 摩擦模型 61 

4.2.1 静态摩擦模型 61 

4.2.2 动态摩擦模型 64 

4.3 考虑铰摩擦的多体系统动力学模型 67 

4.3.1 旋转铰的物理模型 67 

4.3.2 铰摩擦力计算 68 

4.3.3 摩擦贡献与多体系统动力学方程 71 

4.4 数值仿真 80 

4.4.1 刚性帆板系统 80 

4.4.2 柔性帆板系统 82 

4.5 本章小结 86 

参考文献 86 

第二篇 大型空间桁架电池阵展开动力学与控制 

第5章 绪论 2：大型空间桁架电池阵展开动力学与控制 91 

5.1 研究目的和意义 91 

5.2 太阳能电池阵研究进展 95 

5.3 问题和挑战 96 

5.4 本篇研究内容 97 

参考文献 98 

第6章 大型空间桁架电池阵展开动力学 101 

6.1 引言 101 

6.2 桁架–帆板系统介绍 102

6.2.1 可展开桁架 103 

6.2.2 柔性帆板 103 

6.3 动力学方程 105 

6.3.1 广义坐标选择 105 

6.3.2 约束方程 109 

6.3.3 系统动力学方程 114 

6.4 常微分方程数值求解算法 116 

6.5 多体系统变拓扑问题 118 

6.6 数值仿真 121 

6.6.1 模型验证 122 

6.6.2 不同变拓扑算法对比 124 

6.6.3 系统中各机构参数对展开过程的影响 124 

6.7 本章小结 137 

参考文献 137 

第7章 桁架---帆板系统中的间隙与摩擦问题 140 

7.1 引言 140 

7.2 接触检测 141 

7.2.1 径向接触 142 

7.2.2 轴向接触 144 

7.3 法向接触力计算 145 

7.3.1 刚度项 145 

7.3.2 阻尼项 147 

7.4 切向摩擦力计算 148 

7.5 数值仿真 149 

7.5.1 间隙法向力对桁架单元展开的影响 151 

7.5.2 间隙法向力对收藏箱的影响 155 

7.5.3 间隙法向力对柔性基板的影响 155 

7.5.4 间隙摩擦对桁架单元展开的影响 157 

7.5.5 间隙摩擦对上收藏箱展开的影响 159 

7.5.6 间隙摩擦对柔性基板展开的影响 161 

7.6 本章小结 166 

参考文献 167 

第8章 带有桁架---帆板系统航天器的位姿控制 169 

8.1 引言 169 

8.2 控制器设计 170

8.3 稳定性分析 172 

8.4 数值仿真 175 

8.5 本章小结 178 

参考文献 178 

第9章 基于 C  面向对象的多体系统动力学程序设计 180 

9.1 引言 180 

9.2 C  面向对象基本概念 181 

9.2.1 类和对象 181 

9.2.2 继承与多态 182 

9.3 程序仿真流程 186 

9.3.1 数据输入 186 

9.3.2 数据前处理 188 

9.3.3 数值求解 189 

9.3.4 后处理 190 

9.4 通用算例 191 

9.4.1 铰接刚性杆在外力牵引与摩擦力作用下的转动 191 

9.4.2 柔性板在重力与外力作用下的转动 192 

9.4.3 不同单元数的可展开桁架–帆板系统的展开 .193 

9.5 本章小结 194 

参考文献 195 

第三篇 大型空间薄膜天线动力学与控制 

第10章 绪论 3：大型空间薄膜天线动力学与控制 199 

10.1 研究目的和意义 199 

10.2 空间薄膜结构的发展概况 200 

10.2.1 薄膜太阳能电池阵 200 

10.2.2 薄膜太阳帆 202 

10.2.3 空间薄膜天线 203 

10.3 空间薄膜结构动力学建模与振动主动控制研究现状 210 

10.3.1 空间薄膜结构动力学分析 210 

10.3.2 薄膜结构非线性振动特性 212 

10.3.3 薄膜结构振动主动控制 213 

10.4 本篇研究内容 215 

参考文献 216

第11章 空间薄膜结构褶皱分析 223 

11.1 引言 223 

11.2 薄膜天线结构描述 223 

11.3 基于张力场理论的薄膜褶皱分析方法 225 

11.4 基于稳定性理论的薄膜褶皱分析方法 227 

11.5 数值仿真 229 

11.5.1 薄膜天线褶皱分析 229 

11.5.2 对角张拉薄膜结构褶皱分析 231 

11.6 本章小结 238 

参考文献 238 

第12章 薄膜天线结构非线性动力学建模与振动控制 240 

12.1 引言 240 

12.2 考虑大幅振动的结构动力学建模 240 

12.2.1 薄膜阵面动力学模型 240 

12.2.2 支撑框架/张力撑杆动力学模型 246 

12.2.3 张拉索动力学模型 251 

12.2.4 薄膜天线结构整体动力学模型 253 

12.3 结构非线性动力学模型降阶 254 

12.4 结构振动控制 257 

12.4.1 基于张拉索作动的控制系统方程 257 

12.4.2 基于张拉索作动的控制器设计 258 

12.5 数值仿真 259 

12.5.1 结构动力学特性仿真 259 

12.5.2 结构降阶模型与全阶模型的对比 266 

12.5.3 结构振动控制仿真 269 

12.6 本章小结 272 

参考文献 273 

第13章 薄膜天线航天器非线性刚---柔耦合动力学建模与协同控制 275 

13.1 引言 275 

13.2 非线性刚–柔耦合动力学建模 .276 

13.3 姿态–振动协同控制 279 

13.3.1 时间–燃料*优控制 280 

13.3.2 分力合成控制方法 281 

13.3.3 脉冲宽度调制 282 

13.4 数值仿真 283

13.4.1 非线性刚–柔耦合动力学特性仿真 283 

13.4.2 姿态–振动协同控制仿真 285 

13.5 本章小结 290 

参考文献 290 

第14章 薄膜天线航天器的挠性参数在轨辨识 292 

14.1 引言 292 

14.2 挠性参数在轨辨识方法 292 

14.2.1 特征系统实现算法 292 

14.2.2 基于协方差的随机子空间方法 (SSI-COV) 295 

14.2.3 虚假模态剔除 300 

14.3 数值仿真 302 

14.3.1 ERA 的辨识结果 304 

14.3.2 SSI-COV 方法的辨识结果 305 

14.4 本章小结 307 

参考文献 307 

第四篇 大型空间平面相控阵天线动力学与控制 

第15章 绪论 4：大型空间平面相控阵天线动力学与控制 311 

15.1 研究目的和意义 311 

15.2 电补偿和机械补偿 312 

15.3 星载天线分类和相控阵天线研究现状 314 

15.3.1 星载天线分类 314 

15.3.2 相控阵天线研究现状 315 

15.4 本篇研究内容 317 

参考文献 318 

第16章 基于变形模式分析的大型空间平面相控阵天线的形面保持控制 

技术 321 

16.1 引言 321 

16.2 平面天线结构描述 322 

16.3 结构有限元模型 324 

16.4 控制描述 327 

16.4.1 扭转变形控制 329 

16.4.2 面外弯曲变形控制 330 

16.4.3 面内弯曲变形控制 330

16.4.4 复杂变形控制 331 

16.5 数值仿真 332 

16.5.1 模型验证 332 

16.5.2 2 跨结构形面调节 333 

16.5.3 18 跨结构形面调节 334 

16.6 本章小结 335 

参考文献 335 

第17章 基于优化方法的大型空间平面相控阵天线的形面保持控制技术 338 

17.1 引言 338 

17.2 形面控制和作动器优化 339 

17.2.1 等效方程 339 

17.2.2 设计变量 340 

17.2.3 目标函数 340 

17.2.4 约束条件 341 

17.2.5 *优化模型 342 

17.2.6 *优化问题求解 342 

17.3 数值仿真 344 

17.3.1 2 跨结构 344 

17.3.2 18 跨结构 347 

17.4 本章小结 349 

参考文献 349 

第18章 大型空间平面相控阵天线的热载荷分析及形面控制 351 

18.1 引言 351 

18.2 热载荷分析 353 

18.2.1 空间热流 353 

18.2.2 热载荷作用下的结构模型 355 

18.3 天线结构热致变形分析与形面主动控制 358 

18.3.1 结构控制模型 358 

18.3.2 *优化控制模型 361 

18.3.3 *优化控制问题求解 362 

18.4 数值仿真 363 

18.4.1 温度场分析方法验证 365 

18.4.2 天线结构热致变形仿真 368