描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787118093278
编辑推荐
《多模块航天器的控制及实时仿真技术》适合具有航天器姿态轨道动力学与控制基础知识的高年级本科生和研究生使用，对从事飞行器控制与总体设计的相关工程技术人员也有参考价值。
内容简介
《多模块航天器的控制及实时仿真技术》介绍了多模块航天器控制与仿真领域的一些相关技术问题。《多模块航天器的控制及实时仿真技术》共分8章，第1章介绍了多模块航天器控制与仿真技术发展状况，第2章和第3章介绍了航天器从远距离到超近距离的自主交会及逼近控制过程，第4章介绍了机械臂空间机器人的动力学与控制及其可视化仿真，第5章介绍了多个航天器之间相对运动的协同控制，第6章和第7章介绍了基于Simulink开展的航天器分布式实时仿真以及并行实时仿真，第8章介绍了基于半实物仿真环境开展的航天器协同控制和目标捕获的地面仿真实验。
目 录
第1章 多模块航天器及其控制与仿真技术发展状况
1.1多模块航天器的概念内涵
1.2多模块航天器的发展现状和趋势
1.3多模块航天器的控制及实时仿真技术
1.3.1编队飞行控制技术
1.3.2姿态轨道同步控制技术
1.3.3空间机器人控制技术
1.3.4多模块航天器实时仿真技术
第2章 多模块航天器自主交会及捕获技术
2.1相对运动及其控制数学模型
2.1.1相对运动的描述
2.1.2交会控制与编队控制的等价性
2.1.3航天器交会的三冲量控制方法
2.1.4航天器交会的Lambert两冲量控制方法
2.2远距离交会策略
2.3接近绕飞以及捕获过程
2.3.1接近阶段
2.3.2绕飞阶段
2.3.3捕获阶段
2.4相对导航分析
2.4.1扩展卡尔曼滤波
2.4.2相对导航滤波算法
2.4.3仿真条件
2.4.4仿真结果
第3章 多模块航天器相对位姿估计及同步控制
3.1单目相机位姿估计
3.1.1数学描述
3.1.2非线性最小二乘算法
3.1.3仿真算例
3.2双目立体相机3D重构
3.3基于像点运动的位姿估计
3.4基于Cayley变换的位姿估计算法
3.4.1数学模型
3.4.2仿真算例
3.5非合作目标航天器的位姿跟踪控制
3.5.1相对姿态运动的数学模型
3.5.2相对位置运动的数学模型
3.5.3仿真算例
第4章 空间机械臂轨迹规划与控制技术
4.1符号定义
4.2空间机器人运动学方程
4.3空间机器人动力学方程
4.4动力学方程的具体计算
4.5机械臂关节角的轨迹规划及其控制
4.6基于SimMechanics工具箱的空间机器人动力学可视化仿真
4.6.1 SimMechanics工具箱简介
4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空间机器人动力学建模
4.6.3 空间机器人系统及其运动过程的可视化仿真
第5章 基于NSB的多模块航天器协同控制
5.1 NSB协同控制方法
5.1.1 NSB方法的分层结构
5.1.2运动速度指令的计算
5.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例
5.2.1 整体平移
5.2.2整体聚散
5.2.3相对重心的构形变换
5.2.4相对定点的构形变换
5.2.5碰撞避免
第6章 基于xPC目标机的分布式实时仿真技术
6.1 多模块航天器分布式实时仿真系统方案
6.1.1仿真系统总体方案
6.1.2仿真系统硬件组成
6.2分布式xPC实时仿真系统的构建
6.3分布式xPC目标机之间的通信
6.3.1 RS232串口通信Simulink模块
6.3.2 CAN通信Simulink模块
6.3.3反射内存网通信Simulink模块
第7章 基于iI—Iawk的并行实时仿真
7.1平行实时仿真技术介绍
7.1.1 实时仿真系统的特殊需求
7.1.2 实时仿真系统的体系结构
7.1.3并行实时仿真计算机
7.1.4 Simwb软件介绍
7.2并行仿真中的多模块调度
7.2.1 Simulink模型在Simwb中的编辑和编译
7.2.2卫星子系统RTW模块在Simwb中的并行实时调度
7.3基于Workbench的多模块并行实时仿真
第8章 多模块航天器控制的半实物仿真
8.1多模块航天器半实物仿真环境
8.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例
8.2.1仿真实例的设计
8.2.2全数字仿真结果
8.2.3 实物仿真结果
8.3多模块航天器目标捕获仿真实例
参考文献
1.1多模块航天器的概念内涵
1.2多模块航天器的发展现状和趋势
1.3多模块航天器的控制及实时仿真技术
1.3.1编队飞行控制技术
1.3.2姿态轨道同步控制技术
1.3.3空间机器人控制技术
1.3.4多模块航天器实时仿真技术
第2章 多模块航天器自主交会及捕获技术
2.1相对运动及其控制数学模型
2.1.1相对运动的描述
2.1.2交会控制与编队控制的等价性
2.1.3航天器交会的三冲量控制方法
2.1.4航天器交会的Lambert两冲量控制方法
2.2远距离交会策略
2.3接近绕飞以及捕获过程
2.3.1接近阶段
2.3.2绕飞阶段
2.3.3捕获阶段
2.4相对导航分析
2.4.1扩展卡尔曼滤波
2.4.2相对导航滤波算法
2.4.3仿真条件
2.4.4仿真结果
第3章 多模块航天器相对位姿估计及同步控制
3.1单目相机位姿估计
3.1.1数学描述
3.1.2非线性最小二乘算法
3.1.3仿真算例
3.2双目立体相机3D重构
3.3基于像点运动的位姿估计
3.4基于Cayley变换的位姿估计算法
3.4.1数学模型
3.4.2仿真算例
3.5非合作目标航天器的位姿跟踪控制
3.5.1相对姿态运动的数学模型
3.5.2相对位置运动的数学模型
3.5.3仿真算例
第4章 空间机械臂轨迹规划与控制技术
4.1符号定义
4.2空间机器人运动学方程
4.3空间机器人动力学方程
4.4动力学方程的具体计算
4.5机械臂关节角的轨迹规划及其控制
4.6基于SimMechanics工具箱的空间机器人动力学可视化仿真
4.6.1 SimMechanics工具箱简介
4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空间机器人动力学建模
4.6.3 空间机器人系统及其运动过程的可视化仿真
第5章 基于NSB的多模块航天器协同控制
5.1 NSB协同控制方法
5.1.1 NSB方法的分层结构
5.1.2运动速度指令的计算
5.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例
5.2.1 整体平移
5.2.2整体聚散
5.2.3相对重心的构形变换
5.2.4相对定点的构形变换
5.2.5碰撞避免
第6章 基于xPC目标机的分布式实时仿真技术
6.1 多模块航天器分布式实时仿真系统方案
6.1.1仿真系统总体方案
6.1.2仿真系统硬件组成
6.2分布式xPC实时仿真系统的构建
6.3分布式xPC目标机之间的通信
6.3.1 RS232串口通信Simulink模块
6.3.2 CAN通信Simulink模块
6.3.3反射内存网通信Simulink模块
第7章 基于iI—Iawk的并行实时仿真
7.1平行实时仿真技术介绍
7.1.1 实时仿真系统的特殊需求
7.1.2 实时仿真系统的体系结构
7.1.3并行实时仿真计算机
7.1.4 Simwb软件介绍
7.2并行仿真中的多模块调度
7.2.1 Simulink模型在Simwb中的编辑和编译
7.2.2卫星子系统RTW模块在Simwb中的并行实时调度
7.3基于Workbench的多模块并行实时仿真
第8章 多模块航天器控制的半实物仿真
8.1多模块航天器半实物仿真环境
8.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例
8.2.1仿真实例的设计
8.2.2全数字仿真结果
8.2.3 实物仿真结果
8.3多模块航天器目标捕获仿真实例
参考文献
在线试读
为支持实时仿真程序的设计和调试，在实时仿真机中使用NightStar工具包。NightStar工具包为实时应用提供了完整高效的开发环境，包括有NightTune应用调试和环境监视器、NightView源代码级调试器、NightTrace运行时分析器、NightSim周期调度程序和NightProbe数据监控器。这些工具提供了图形化界面，专用于实时多处理应用系统程序的无干扰控制、监控、分析和调试。
仿真系统的设计实现中涉及多种不同类型模型，各种模型的软件实现方式各异。例如，为了保持系统的实时特性，与硬件接口关系紧密，涉及I／O的模块一般由c语言实现；为了方便进行复杂的数学计算，涉及动力学仿真模块、敏感器执行器仿真模块和控制算法模块，往往采用Simulink建模。如果可以方便地将不同实现方式的模块有机的结合在一起，将使系统的软件开发工作量大大减轻。Simwb软件为之提供了非常灵活的解决方案。
3.实时仿真系统的调度方法
实时仿真中，多个模型并存，各个模型执行周期不同，模型之间存在复杂的约束关系，所有模型的执行必须满足严格的时间约束。仿真系统的模型调度方法是解决上述问题的关键所在，是系统运行的核心。实时仿真有多种模型调度策略，FBS是实时仿真调度策略中最有效、常用的一类。在iHawk实时仿真机中，以“实时时钟中断模块”RCIM作为实时仿真的时钟源。
在实时仿真机中，FBS、PM（Performance Monitor）是实现基于频率带调度的核心工具。FBS的实质是任务的一种同步机制，以特定的频率去执行进程。频率基于由RCIM卡和外部中断提供的高精度定时器。Performance Monitor监视FBS调度的各个进程的CPU使用状况，帮助用户在各个CPU之间进行任务分配，实现负载均衡，获得更高的处理效率。
RedHawk Linux的FBS RPM包中提供了对FBS、PM和RTCP（the RealTime Command Processor）的内核支持。如果需要RCIM卡作为时钟源，需要安装RCIM卡。从软件环境的角度来看，在实时仿真环境中，可以通过三种方式获得FBS的支持：第一是RTCP，用户通过编制脚本对模型的调度方式进行设置。第二是通过程序调用库函数，用户可以通过c语言程序调用对应的库函数对FBS调度器的各种参数进行设置。第三是NightSim，NightSim是并行公司为支持FBS所提供的一种图形化调度器设置工具，可以通过图形方式快速地对每个模型的执行调度频率，运行优先级以及CPU的分配方式进行设置。
……
仿真系统的设计实现中涉及多种不同类型模型，各种模型的软件实现方式各异。例如，为了保持系统的实时特性，与硬件接口关系紧密，涉及I／O的模块一般由c语言实现；为了方便进行复杂的数学计算，涉及动力学仿真模块、敏感器执行器仿真模块和控制算法模块，往往采用Simulink建模。如果可以方便地将不同实现方式的模块有机的结合在一起，将使系统的软件开发工作量大大减轻。Simwb软件为之提供了非常灵活的解决方案。
3.实时仿真系统的调度方法
实时仿真中，多个模型并存，各个模型执行周期不同，模型之间存在复杂的约束关系，所有模型的执行必须满足严格的时间约束。仿真系统的模型调度方法是解决上述问题的关键所在，是系统运行的核心。实时仿真有多种模型调度策略，FBS是实时仿真调度策略中最有效、常用的一类。在iHawk实时仿真机中，以“实时时钟中断模块”RCIM作为实时仿真的时钟源。
在实时仿真机中，FBS、PM（Performance Monitor）是实现基于频率带调度的核心工具。FBS的实质是任务的一种同步机制，以特定的频率去执行进程。频率基于由RCIM卡和外部中断提供的高精度定时器。Performance Monitor监视FBS调度的各个进程的CPU使用状况，帮助用户在各个CPU之间进行任务分配，实现负载均衡，获得更高的处理效率。
RedHawk Linux的FBS RPM包中提供了对FBS、PM和RTCP（the RealTime Command Processor）的内核支持。如果需要RCIM卡作为时钟源，需要安装RCIM卡。从软件环境的角度来看，在实时仿真环境中，可以通过三种方式获得FBS的支持：第一是RTCP，用户通过编制脚本对模型的调度方式进行设置。第二是通过程序调用库函数，用户可以通过c语言程序调用对应的库函数对FBS调度器的各种参数进行设置。第三是NightSim，NightSim是并行公司为支持FBS所提供的一种图形化调度器设置工具，可以通过图形方式快速地对每个模型的执行调度频率，运行优先级以及CPU的分配方式进行设置。
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