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航天器电池阵/天线动力学与控制

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作者蔡国平，刘翔，李海泉，房光强

出版社科学出版社

ISBN9787030749666

出版时间2024-01

装帧精装

开本16开

定价228元

货号29544460

上书时间2024-11-02

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品相描述：全新
商品描述
前言

 
 
 
 

导语摘要
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–燃料很优控制 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 很优化模型 342 
17.2.6 很优化问题求解 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 很优化控制模型 361 
18.3.3 很优化控制问题求解 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 
18.4.3 天线结构形面控制仿真 370 
18.5 本章小结 374
参考文献 374 
第19章 大型空间平面相控阵天线的振动主动控制 377 
19.1 引言 377 
19.2 绳索作动器位置优化 378 
19.3 振动主动控制设计 382 
19.4 数值仿真 385 
19.5 本章小结 394 
参考文献 394 
第20章 大型空间平面相控阵天线的动力学模型等效与振动主动控制 396 
20.1 引言 396 
20.2 等效动力学模型 397 
20.2.1 等效微极梁理论 397 
20.2.2 等效微极梁有限元模型 399 
20.2.3 基于等效微极梁的控制设计 401 
20.3 等效模型控制器向原结构的转换 402 
20.3.1 控制力关系 402 
20.3.2 状态量关系 405 
20.3.3 等效控制器关系 406 
20.4 数值仿真 406 
20.4.1 等效模型验证 407 
20.4.2 控制仿真 407 
20.5 本章小结 411 
参考文献 412

内容摘要
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。

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