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| 編輯推薦： |
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（1）本书立足航天技术前沿，瞄准国家重大需求，探讨浮体式航天器的概念和原理，提出一种全新的敏捷控制设计方法，是作者团队对近期研究进展的总结以及过去工程实践的归纳。（2）重点阐述浮体式敏捷动中成像卫星的动力学模型，详细分析新型浮体式卫星的控制系统配置、控制策略及控制方法。（3）包含了大量的一线工作案例，图文并茂、系统性强，帮助读者更好地理解浮体式卫星及其敏捷控制的相关技术，对新型航天器设计具有很好的参考价值和指导意义。（4）本书适用于从事航天器设计及控制的工程技术人员和高等院校宇航专业师生。
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| 內容簡介： |
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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。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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随着对地观测在时空分辨率、观测模式、使用效能方面的要求不断提高，卫星的结构设计和控制策略面临着愈发严格的挑战。传统构型卫星在尺寸、结构复杂性和设计制作成本方面的限制，使其逐渐难以满足高指向性能卫星的设计需要。为了解决这一问题，一种新型的非接触式卫星平台构型——浮体式卫星应运而生。
浮体式卫星平台通过非接触式磁浮机构实现有效载荷与振源空间隔离，从而达到有效载荷的超高指向精度、超高稳定度以及稳定跟随控制。本书从理论基础和核心技术出发，结合作者团队多年从事卫星总体设计经验和应用背景，详细阐述了相关理论和应用技术。全书内容共分为6章，第1章为绪论，主要介绍浮体式卫星的概念和发展背景，阐述浮体式卫星的重要意义、国内外研究现象和本书主要内容。第2章为浮体式卫星的动力学部分，包括姿态运动学、姿态动力学和整体运动控制模型。第3章为浮体式卫星敏捷控制部分，包括载荷高精度控制、平台高动态控制和两舱主从协同控制。第4章为浮体式卫星敏捷控制系统关键单机介绍。第5章和第6章为浮体式卫星敏捷控制仿真与试验系统设计介绍。
本书的主体内容来自于国家重点研发计划“基于双超平台的超敏捷动中成像集成验证技术”项目，特别感谢北京航空航天大学房建成院士团队，哈尔滨工业大学葛升民教授团队、马广富教授团队、李立毅教授团队，浙江大学何闻教授团队，北京空间机电研究所孙世君研究员团队，武汉大学张过教授团队。除本书列出的主要作者外，南京航空航天大学廖鹤，东南大学谢进进，上海卫星工程研究所徐毅、唐忠兴、姚闯、廖波等对书稿相关技术积累、编写和整理给予了大力支持，在此由衷地表示感谢，感谢本书中所有引用文献的众多作者们。
本书撰写过程中，受到上海卫星工程研究所张伟研究员，特别是他的著作《浮体式航天器动力学与控制》的启发，从某种意义上讲，本书是对其关于敏捷控制及验证方面的补充。
由于笔者学识和水平有限，书中难免存在不当和有待完善之处，敬请广大读者和同行专家学者批评指正。
编著者
2023年11月
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