空间机器人捕获动力学与控制

图书标准信息

• 作者 蔡国平；刘晓峰；刘元卿
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2022-02
• 版次 31
• ISBN 9787030709554
• 定价 248.00元
• 装帧 其他
• 开本 其他
• 纸张 胶版纸
• 页数 456页
• 字数 558千字

【内容简介】

本书以空间机器人抓捕空间非合作目标为对象，详细介绍了抓捕前、抓捕中、抓捕后的相关理论与方法，内容包括：抓捕前的非合作目标的智能识别、运动观测、运动预测、近距离交会、姿态演化、主动消旋等，抓捕中的空间机器人无扰路径规划控制技术及几种抓捕策略，抓捕后的非合作目标惯性参数辨识技术、卫星组合体消旋及姿态快速稳定控制技术。另外还详细介绍了空间机器人关节柔性及摩擦建模、容错控制、追逃博弈等。本书内容是作者多年来在空间机器人技术方面的研究成果汇总，具有系统性和新颖性。

【目录】

前言

章绪论1

1.1研究目的和意义1

1.2发展历程和研究动态2

1.3典型的空间机器人研究计划5

1.3.1美国空间机器人计划5

1.3.2加拿大空间机器人计划9

1.3.3欧洲空间机器人计划10

1.3.4本空间机器人计划12

1.3.5我国空间机器人计划15

1.4本书主要内容15

参文献17

第2章空间机器人动力学建模25

2.1引言25

2.2空间机器人系统描述26

2.3单体动力学方程28

2.4系统运动学方程31

2.5系统动力学方程36

2.6数值37

2.6.1刚空间机器人37

2.6.2柔空间机器人40

2.7本章小结45

参文献46

第3章基于点云技术的空间非合作目标智能识别51

3.1引言51

3.2点云分割识别算法比较53

3.2.1point算法和point++算法53

3.2.2st算法55

3.2.3so-算法56

3.2.4算法比较57

3.3点云数据集的构建58

3.3.1卫星完整点云数据集的构建60

3.3.2卫星非完整点云数据集的构建62

3.4各点云算法的能分析64

3.4.1分割准确率64

3.4.2分割实际效果65

3.5本章小结67

参文献67

第4章空间非合作目标运动观测技术70

4.1引言70

4.2基于灰度图像的运动观测技术72

4.2.1直接法的基本72

4.2.2lsd-slam方法的基本75

4.2.3数值77

4.3基于深度图像的运动观测技术84

4.3.1坐标系的定义和相对位姿参数84

4.3.2位姿估计方案86

4.3.3数值90

4.4本章小结98

参文献98

第5章空间非合作目标运动预测技术101

5.1引言101

5.2运动预测的基本设及基本理论105

5.2.1目标卫星的质心运动方程105

5.2.2目标卫星的姿态运动方程106

5.3动力学参数的估计107

5.3.1ukf107

5.3.2观测数据中噪声标准差的估计方法111

5.3.3*优化方法提高xrot和xtran的估计精度112

5.4数值113

5.4.1收敛准则114

5.4.2结果118

5.5本章小结123

参文献123

第6章空间非合作目标近距离交会技术127

6.1引言127

6.2动力学模型133

6.2.1质心运动微分方程133

6.2.2姿态运动微分方程134

6.3非奇异终端滑模控制器的设计135

6.4基于非线干扰观测器的自适应滑模控制方法138

6.4.1自适应滑模控制方法138

6.4.2asm位姿运动跟踪控制器140

6.4.3对asm控制器的改良141

6.5期望位姿运动的规划142

6.5.1期望质心运动的规划142

6.5.2期望姿态运动的规划145

6.6改进的运动规划147

6.6.1临界阻尼弹簧振子的自由运动规律147

6.6.2改进后期望质心运动的规划149

6.6.3改进后期望姿态运动的规划150

6.7数值150

6.7.1不受控翻滚目标的情形152

6.7.2受控翻滚目标的情形158

6.7.3改进后的运动规划方法161

6.7.4对三种位姿跟踪控制算法的比较162

6.7.5montecarlo167

6.8本章小结171

参文献171

第7章空间大质量非合作目标姿态演化机理176

7.1引言176

7.2航天器的运动方程及无量纲化176

7.2.1模型描述177

7.2.2航天器的运动方程178

7.2.3运动方程的无量纲化179

7.3melnikov方法的应用181

7.3.1无扰系统的相空间181

7.3.2melnikov判据182

7.4数值184

7.4.1航天器系统的演化轨迹类型184

7.4.2参数子空间中melnikov判据分析186

7.4.3melnikov方程的解析和数值结果比较189

7.5本章小结190

参文献191

第8章空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略1193

8.1引言193

8.2消旋系统的动力学建模194

8.2.1模型描述194

8.2.2能量耗散航天器的姿态演化196

8.2.3消旋系统的动力学模型198

8.3消旋系统的接触模型200

8.3.1接触检测200

8.3.2hertz接触理论202

8.4数值203

8.4.1空间目标的姿态演化203

8.4.2空间目标的消旋206

8.4.3不同运动参数对消旋效果的影响206

8.5本章小结208

参文献208

第9章空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略2210

9.1引言210

9.2对心接触保持控制器211

9.3消旋作接触保持控制策略214

9.4数值216

9.4.1过阻尼控制方法有效评估217

9.4.2消旋作接触保持策略有效评估218

9.4.3控制阻尼对控制能的影响228

9.5本章小结230

参文献230

0章空间机器人无扰路径规划控制技术235

10.1引言235

10.2双臂空间机器人的结构描述236

10.3双臂空间机器人的动力学建模237

10.3.1动力学方程237

10.3.2逆运动学问题238

10.3.3正–逆混合动力学方程240

10.3.4相对姿态的描述方法242

10.4基座姿态无扰的路径规划与控制243

10.4.1无扰路径规划问题描述244

10.4.2粒子群优化方法246

10.4.3跟踪控制器设计247

10.4.4双臂非同步启动时的问题描述247

10.5数值248

10.5.1工况1：对称初始构型且同步启动249

10.5.2工况2：非对称初始构型且同步启动252

10.5.3工况3：对称初始构型且不同步启动256

10.5.4工况4：非对称初始构型且不同步启动259

10.6本章小结262

参文献262

1章空间非合作目标抓捕策略1264

11.1引言264

11.2空间机器人描述265

11.2.1刚空间机器人265

11.2.2柔空间机器人266

11.2.3系统动力学方程266

11.3碰撞检测267

11.3.1圆柱与立方体267

11.3.2圆柱与圆柱268

11.4数值270

11.4.1刚空间机器人抓捕270

11.4.2柔空间机器人抓捕279

11.5本章小结287

参文献287

2章空间非合作目标抓捕策略2289

12.1引言289

12.2弹簧阻尼器对对心碰撞的影响291

12.3抓捕控制策略295

12.4数值299

12.5本章小结304

参文献304

3章空间非合作目标惯参数辨识技术309

13.1引言309

13.2动力学模型310

13.3粗估计311

13.4精估计314

13.5数值315

13.5.1粗估计315

13.5.2精估计318

13.6本章小结320

参文献320

4章空间非合作目标抓捕后阶段主动消旋策略1322

14.1引言322

14.2动力学建模323

14.2.1模型描述323

14.2.2空间机器人和非合作目标的动力学模型325

14.2.3组合系统的动力学方程326

14.3消旋轨迹优化329

14.3.1非合作目标的消旋轨迹参数化329

14.3.2moo算法332

14.4协同控制335

14.4.1组合系统动力学方程的变换335

14.4.2协调控制器设计337

14.5数值339

14.5.1组合系统的动力学参数和初始339

14.5.2基于moo算法的消旋轨迹优化342

14.5.3协同控制346

14.6本章小结351

参文献352

5章空间非合作目标抓捕后阶段主动消旋策略2354

15.1引言354

15.2动力学建模与轨迹规划355

15.3复合控制358

15.3.1轨迹追踪控制器358

15.3.2振动抑制控制器359

15.4数值361

15.4.1组合系统的参数设置和轨迹规划361

15.4.2不虑参数估计误差的消旋方案验证363

15.4.3虑参数估计误差的消旋方案验证367

15.5本章小结371

参文献371

6章空间机器人关节柔和关节摩擦建模问题375

16.1引言375

16.2关节柔376

16.2.1虑柔的关节建模376

16.2.2关节柔对系统动力学方程的贡献378

16.3关节摩擦379

16.3.1关节摩擦模型379

16.3.2关节摩擦对系统动力学方程的贡献382

16.4系统动力学方程387

16.5数值389

16.5.1刚臂空间机器人389

16.5.2柔臂空间机器人396

16.6本章小结408

参文献408

7章空间机器人容错控制问题410

……