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目录
第1章绪论
1-1空间绳系机器人的概念
1-2空间绳系机器人的研究计划与进展
1-2-1空间绳系系统类型
1-2-2空间绳系系统研究计划
1-3空间绳系机器人飞行控制研究进展
1-3-1空间绳系机器人动力学建模
1-3-2空间绳系机器人目标星逼近控制
1-3-3空间绳系机器人目标星抓捕控制
1-3-4空间绳系机器人目标星辅助稳定控制
1-3-5空间绳系机器人拖曳变轨控制
1-4本书内容介绍
第2章空间绳系机器人的目标逼近控制
2-1空间绳系机器人的动力学模型
2-1-1空间系绳动力学模型
2-1-2空间绳系机器人动力学建模
2-1-3空间绳系机器人动力学模型离散化
2-1-4空间绳系机器人动力学模型验证
2-2空间绳系机器人的中远距离逼近控制
2-2-1空间绳系机器人逼近动力学任务分析
2-2-2中远距离逼近的邻域最优控制器设计
2-2-3仿真分析
2-3空间绳系机器人的超近距离逼近控制
2-3-1帆板支架边缘线观测模型
2-3-2目标星超近距离逼近模型
2-3-3基于直线跟踪的混合视觉伺服控制
2-3-4实验分析
2-4小结
第3章空间绳系机器人的目标抓捕稳定控制
3-1空间绳系机器人目标抓捕动力学分析
3-1-1空间目标星动力学模型
3-1-2空间绳系机器人目标碰撞模型
3-1-3空间绳系机器人目标碰撞分析
3-2空间绳系机器人目标抓捕稳定控制
3-2-1空间绳系机器人目标抓捕模型
3-2-2基于阻抗控制的抓捕鲁棒自适应控制
3-2-3仿真分析
3-3小结
第4章利用推力器的空间目标星辅助稳定控制
4-1空间绳系机器人目标星组合体快速稳定控制
4-1-1空间绳系机器人目标星组合体动力学模型
4-1-2基于快速终端滑模的组合体姿态控制器设计
4-1-3基于零空间修正伪逆法的控制力矩分配
4-1-4仿真分析
4-2推力方向未知变化的组合体稳定控制
4-2-1推力方向未知的组合体姿态自适应控制
4-2-2推力方向变化的控制力鲁棒分配
4-2-3仿真分析
4-3组合体姿态系绳状态自适应稳定控制
4-3-1系绳机器人目标星组合体动力学模型
4-3-2基于动态逆的自适应抗饱和控制
4-3-3仿真分析
4-4小结
第5章系绳推力器协调的空间目标星辅助稳定控制
5-1系绳张力推力器协调稳定控制
5-1-1系绳张力推力器协调稳定控制任务分析
5-1-2鲁棒自适应反步控制器设计
5-1-3仿真分析
5-2系绳机械臂机构推力器协调稳定控制
5-2-1系绳机械臂目标星组合体动力学建模
5-2-2机械臂推力器协调控制器
5-2-3仿真分析
5-3小结
第6章仅利用系绳的空间目标星辅助稳定控制
6-1利用系绳的机器人目标星组合体摆动抑制
6-1-1空间绳系机器人目标星组合体动力学模型
6-1-2组合体摆动抑制控制指令设计
6-1-3组合体摆动抑制控制器设计
6-1-4仿真分析
6-2利用系绳的机器人目标星组合体姿态稳定控制
6-2-1利用系绳的机器人目标星姿态动力学模型
6-2-2姿态平衡状态与运动约束分析
6-2-3姿态欠驱动抗饱和控制律设计
6-2-4系绳张力控制律设计
6-2-5仿真分析
6-3小结
第7章利用系绳的空间目标星拖曳控制
7-1利用系绳的空间目标星拖曳轨道设计
7-1-1组合体时间能量拖曳轨道优化
7-1-2组合体双脉冲旋转拖曳变轨方法
7-2拖曳变轨中目标星防缠绕技术
7-2-1考虑缠绕的空间目标星拖曳变轨模型
7-2-2拖曳过程系绳缠绕抑制方法
7-2-3仿真分析
7-3推力系绳不共线下的组合体姿态稳定
7-3-1组合体拖曳变轨姿轨控制指令设计
7-3-2欠驱动分层滑模姿轨耦合控制器
7-3-3仿真分析
7-4小结
参考文献
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| 內容試閱：
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前言
随着人类太空活动的不断增多，在轨服务技术受到越来越多的重视，已经成为空间技术发展的一个新热点。在这方面，空间机器人拥有独特的优势，因此，各航天大国相继开展空间机器人的研究。空间绳系机器人具有"空间平台星（含系绳控制机构） 空间系绳 抓捕器"的新型结构，是一种由传统空间机械臂与空间绳系系统结合形成的柔性空间机器人系统，是当前在轨服务技术发展的热点方向之一。该机器人的操作半径由空间系绳长度决定，可达数百米，远大于传统的空间机器人。由于空间系绳的存在，使得末端操作机构与空间平台星本体分离，操作过程中即使出现意外情况，也不会对空间平台星本体产生较大的安全威胁；末端抓捕器与空间平台星相比，有较小的质量和转动惯量，因此在任务过程中其机动性更高，且降低了对GNC的要求；另外，还避免了空间平台星的近距离逼近和停靠，减少了任务过程中的推进剂消耗。
但由于空间系绳的分布质量、弹性、柔性等特点以及抓捕器的多刚体特性，空间绳系机器人是一种典型的刚柔耦合系统，其控制问题十分复杂。而目标星的非合作特性、测量执行器同时受限、空间轨道动力学等极大地加剧了空间绳系机器人的控制难度。本书按照空间绳系机器人的典型操作任务流程，充分考虑多个工程应用中实际存在的约束问题，分别研究其目标逼近、目标抓捕、辅助稳定、拖曳变轨等四个阶段的控制问题，为空间绳系机器人的研究与应用奠定了基础。
全书分为7章。第1章对空间绳系机器人飞行控制技术的发展现状进行介绍。第2章介绍了空间绳系机器人的动力学建模及目标逼近控制方法。重点介绍了以最小代价逼近目标星的中远距逼近控制方法和测量信息不完备条件下的超近距逼近控制方法。第3章介绍了利用空间绳系机器人的目标抓捕稳定控制方法。针对抓捕后的辅助稳定问题，第4章到第6章分别利用推力器、推力器系绳协调、仅用系绳三种方式进行辅助稳定控制。其中，第4章研究了针对推力方向已知、推力方向未知变化、组合体姿态系绳状态联合控制三个问题；第5章研究了利用系绳张力推力器协调、系绳张力臂推力器协调的目标星辅助稳定控制方法；第6章研究了系绳摆动抑制和目标星姿态稳定控制问题。第7章介绍了利用系绳的目标星拖曳变轨控制方法，分别研究了拖曳轨道设计、拖曳过程防缠绕及拖曳过程的组合体姿态稳定控制问题。
本书是集体智慧的结晶，除作者之外，王东科、王秉亨、鲁迎波、胡仄虹、胡永新等多位同志也做了大量工作，在此一并表示感谢。最后，特别感谢航天科技图书出版基金对本书的资助，以及中国宇航出版社为本书出版所做的大量工作。
本书可供从事空间机器人技术、空间绳系系统、飞行控制等相关专业的工程技术人员参考，也可以作为高等院校航天应用类、飞行控制类相关专业研究生和高年级本科生的辅助教材。希望本书的出版对于推动空间绳系机器人的研究和应用起到良好的作用。研究刚刚开始，精彩将不断涌现！
本书内容是作者所在研究团队多年来研究工作的总结，内容丰富、全面，具有很强的理论性和实用性。囿于水平，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正，不吝赐教，使之完善提高。
作者
2017年10月
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