現代航天器不但規(guī)模龐大,構型復雜,工作壽命長且精度要求高,而且通過空間交會對接還可形成大型空間增長結構,有的甚至屬于變結構和多級控制的復雜航天器系統(tǒng),這就對航天器動力學和控制提出了更嚴峻的挑戰(zhàn)。每一位渴望從事航天科學技術及其應用的工程師和科學家,都必須首先鉆研航天動力學和控制相關知識。
《航天器動力學與控制導論》由來自加拿大瑞爾森大學、多倫多大學以及麥吉爾大學的三位老師共同編寫而成,主要介紹了航天器軌道動力學、姿態(tài)動力學以及控制的基本原理;詳細介紹了一些典型的控制系統(tǒng)設計知識;也探討了航天器動力學和控制的實際應用問題,包括姿態(tài)傳感器和驅動器的運行、數字控制實施問題以及未建模動力學對航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的影響;文中還給出了大量的圖表,使讀者能更好地了解書中的內容。
書中理論推導是嚴格的,但又是易懂和實用的!逗教炱鲃恿W與控制導論》在結構以及理論深度上更像是一本教科書,重點是幫助讀者掌握航天器軌道與姿態(tài)動力學及其控制的基本原理和方法,適于大學本科高年級或研究生低年級的學生使用,也可作為科研工作者了解航天器動力學與控制基礎知識的參考資料。鑒于此,特將此書翻譯成中文,以方便國內讀者使用。
譯者序
現代航天器不但規(guī)模龐大,構型復雜,工作壽命長且精度要求高,而且通過空間交會對接還可形成大型空間增長結構,有的甚至屬于變結構和多級控制的復雜航天器系統(tǒng),這就對航天器動力學和控制提出了更嚴峻的挑戰(zhàn)。每一位渴望從事航天科學技術及其應用的工程師和科學家,都必須首先鉆研航天動力學和控制相關知識。
本書由來自加拿大瑞爾森大學、多倫多大學以及麥吉爾大學的三位老師共同編寫而成,主要介紹了航天器軌道動力學、姿態(tài)動力學以及控制的基本原理;詳細介紹了一些典型的控制系統(tǒng)設計知識;也探討了航天器動力學和控制的實際應用問題,包括姿態(tài)傳感器和驅動器的運行、數字控制實施問題以及未建模動力學對航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的影響;文中還給出了大量的圖表,使讀者能更好地了解書中的內容。
書中理論推導是嚴格的,但又是易懂和實用的。本書在結構以及理論深度上更像是一本教科書,重點是幫助讀者掌握航天器軌道與姿態(tài)動力學及其控制的基本原理和方法,適于大學本科高年級或研究生低年級的學生使用,也可作為科研工作者了解航天器動力學與控制基礎知識的參考資料。鑒于此,特將此書翻譯成中文,以方便國內讀者使用。
本書的出版得到了北京空間科技信息研究所、中國宇航出版社等單位的大力幫助,在此表示衷心的感謝。
由于時間倉促及編者水平有限,書中難免出現紕漏和錯誤,懇請讀者不吝賜教。
梁宗闖
2017年3月
第1章 運動學
1.1 物理矢量
1.1.1 標量積
1.1.2 矢量積
1.1.3 其他有用的矢量恒等式
1.2 參考系和物理矢量坐標
1.2.1 矢量加法與標量乘積
1.2.2 標量積
1.2.3 矢量積
1.2.4 列矩陣特性
1.3 旋轉矩陣
1.3.1 主軸旋轉
1.3.2 廣義旋轉
1.3.3 歐拉角
1.3.4 四元數法
1.4 矢量微分
1.4.1 角速度
1.4.2 根據歐拉角速率求角速度
1.4.3 根據四元數律確定角速度
1.5 速度與加速度
1.6 角速度的更多嚴謹定義
1.7 注釋
參考文獻
第2章 剛體動力學
2.1 單個質點的動力學
2.2 質點系的動力學
2.3 剛體動力學
2.3.1 平動動力學
2.3.2 轉動動力學
2.4 慣量矩陣
2.4.1 平行移軸定理
2.4.2 旋轉變換定理
2.4.3 主軸
2.5 剛體的動能
2.6 注釋
參考文獻
第3章 開普勒二體問題
3.1 運動學方程
3.2 運動常量
3.2.1 軌道角動量
3.2.2 軌道能量
3.2.3 偏心率矢量
3.3 開普勒軌道形狀
3.3.1 近心點坐標系
3.4 開普勒定律
3.5 飛行時間
3.5.1 圓軌道
3.5.2 橢圓軌道
3.5.3 拋物線軌道
3.5.4 雙曲軌道
3.6 軌道要素
3. 6.1 日心-黃道坐標系
3.6.2 地心-赤道坐標系
3.6.3 總結
3.7 位置和速度已知條件下的軌道要素
3.8 位置和速度給出軌道要素
3.9 注釋
參考文獻
……
第4章 初步定軌
第5章 軌道機動
第6章 星際軌跡
第7章 軌道擾動
第8章 低推力軌道分析與設計
第9章 航天器編隊飛行
第10章 受限制的三體問題
第11章 航天器姿態(tài)穩(wěn)定導論
第12章 航天器上的干擾力矩
第13章 扭矩-自由姿態(tài)運動
第14章 自旋穩(wěn)定
第15章 雙自旋穩(wěn)定
第16章 重力梯度穩(wěn)定
第17章 主動航天器姿態(tài)控制
第18章 勞思穩(wěn)定判據
第19章 根軌跡
第20章 應用根軌跡方法設計控制系統(tǒng)
第21章 頻率響應
第22章 相對穩(wěn)定性
第23章 頻域控制系統(tǒng)設計
第24章 非線性航天器姿態(tài)控制
第25章 航天器導航
第26章 航天器姿態(tài)控制設計中的實際問題
附錄A 復變量運算的復習
附錄B 航天器運動的數值仿真
參考文獻