近年来,随着载荷分辨率水平及模式能力要求的不断提升,对卫星的姿态指向精度、姿态指向稳定度以及姿态机动过程中的稳定跟随能力提出了新的要求。本书正是在这样的背景下编写的。它不仅深入探讨了一种新型“浮体式卫星”的概念和原理,而且提出了一种全新的敏捷控制设计方法,突破了传统卫星控制的局限性,使得卫星在敏捷动中成像研究领域能够实现更高效、更精准的任务执行。
全书共分为6章,前三章主要介绍浮体式卫星的总体概念及其敏捷控制理论,后三章介绍浮体式卫星敏捷控制相关的单机以及仿真和试验系统研究情况。本书中大部分内容是作者近年来研究的新成果,既有理论研究结果,又结合工程试验验证情况,可供广大航天科技工作者参考。
本书可供高等院校宇航学科高年级本科生、研究生以及航天工作者,特别是从事卫星、航天器控制的科研人员和技术人员参考使用。

第1章 绪论 1
1.1 高分敏捷卫星发展概述3
1.2 浮体式卫星发展概述7
1.3 卫星姿态控制发展概述11
1.4 基于浮体式平台的超敏捷动中成像概念13
1.4.1 浮体式卫星平台内涵13
1.4.2 超敏捷动中成像概念15
1.5 本书内容安排16
参考文献17

第2章 浮体式卫星动力学模型 20
2.1 参考坐标系和坐标转换21
2.1.1 参考坐标系21
2.1.2 坐标系转换22
2.2 姿态运动学模型26
2.3 姿态动力学模型28
2.3.1 变量定义28
2.3.2 速度、动量、角动量及动能的矢量描述28
2.3.3 动力学模型的矢量描述31
2.3.4 姿态动力学模型的矩阵描述33
2.3.5 挠性帆板的模态方程35
2.3.6 挠性动力学模型36
2.4 刚性卫星的姿态动力学模型36
2.5 环境干扰力矩建模及拟合37
2.5.1 重力梯度力矩37
2.5.2 太阳光压力矩38
2.5.3 气动力矩42
2.5.4 剩磁干扰力矩42
2.5.5 环境干扰力矩的简化43
2.6 不同工作模式下卫星的动力学模型45
2.6.1 分离后稳定模式45
2.6.2 锁紧机动模式46
参考文献48

第3章 浮体式卫星敏捷控制方法 49
3.1 姿态敏捷机动路径设计50
3.1.1 三角形角速度50
3.1.2 梯形角速度53
3.1.3 二次多项式角速度55
3.1.4 三次多项式角速度57
3.1.5 正弦角速度58
3.1.6 各类型角速度曲线性能对比60
3.2 载荷舱高精度控制方法61
3.2.1 鲁棒模型匹配方法简介62
3.2.2 鲁棒模型匹配方法基础概念62
3.2.3 姿态控制干扰补偿器设计63
3.2.4 干扰补偿器与PID控制器比较分析64
3.2.5 滤波参数及PD参数对某单通道影响分析65
3.2.6 参数变化对系统性能的影响分析66
3.3 平台舱高动态控制方法68
3.3.1 高动态活动部件干扰源建模与分析69
3.3.2 结构滤波器设计方法73
3.3.3 陷阱滤波器设计方法73
3.3.4 高动态活动部件干扰补偿技术路线研究76
3.4 两舱协同解耦控制方法85
3.4.1 两舱碰撞规避控制方法85
3.4.2 线缆干扰补偿控制方法97
3.5 敏捷动中成像多应用模式分析103
参考文献106

第4章 浮体式卫星敏捷控制系统关键单机设计 108
4.1 高精度高带宽非接触磁浮机构110
4.1.1 磁路综合优化设计与仿真分析110
4.1.2 二维精密激励线圈最优拓扑设计与仿真分析115
4.1.3 小体积低噪声精密功率放大器方案117
4.1.4 高带宽非接触磁浮机构方案119
4.2 大力矩快响应磁悬浮控制力矩陀螺121
4.2.1 总体结构方案设计122
4.2.2 高速转子系统设计124
4.2.3 锁紧机构设计130
4.2.4 高动态框架高精度伺服控制系统设计131
4.2.5 高速直流无刷电机系统设计134
4.3 高精度高动态姿态测量系统137
4.3.1 光纤陀螺测量模型138
4.3.2 星敏感器测量模型139
4.3.3 卫星姿态测量确定140
4.4 非接触两舱相对测量系统142
4.4.1 激光式位移传感器142
4.4.2 电涡流位移传感器143
4.4.3 非接触舱间相对位姿解算145
参考文献149

第5章 浮体式卫星敏捷控制半物理仿真系统 151
5.1 地面半物理仿真系统152
5.1.1 试验方案设计原则152
5.1.2 试验方案选择152
5.2 敏捷控制半物理仿真系统构建157
5.2.1 系统功能157
5.2.2 基本原理158
5.2.3 五自由度气浮平台台体158
5.2.4 压力空气供应系统设计160
5.2.5 软件设计160
5.3 其他分系统167
5.3.1 气浮平台控制系统167
5.3.2 安全辅助子系统168
5.3.3 电气系统设计169
5.3.4 综合信息采集、传输、处理子系统169
参考文献170

第6章 浮体式卫星敏捷控制地面验证 171
6.1 敏捷控制数值仿真172
6.2 敏捷控制半物理仿真172
6.3 敏捷控制虚拟样机仿真174
6.3.1 虚拟样机建模175
6.3.2 虚拟样机仿真试验177
6.4 本章小结180
参考文献181