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第1章 多模块航天器及其控制与仿真技术发展状况1

1.1多模块航天器的概念内涵1

1.2多模块航天器的发展现状和趋势3

1.3多模块航天器的控制及实时仿真技术7

1.3.1编队飞行控制技术7

1.3.2姿态轨道同步控制技术9

1.3.3空间机器人控制技术10

1.3.4多模块航天器实时仿真技术12

第2章 多模块航天器自主交会及捕获技术15

2.1相对运动及其控制数学模型16

2.1.1相对运动的描述16

2.1.2交会控制与编队控制的等价性18

2.1.3航天器交会的三冲量控制方法19

2.1.4航天器交会的Lambert两冲量控制方法20

2.2远距离交会策略21

2.3接近绕飞以及捕获过程24

2.3.1接近阶段24

2.3.2绕飞阶段27

2.3.3捕获阶段33

2.4相对导航分析35

2.4.1扩展卡尔曼滤波35

2.4.2相对导航滤波算法37

2.4.3仿真条件39

2.4.4仿真结果40

第3章 多模块航天器相对位姿估计及同步控制43

3.1单目相机位姿估计43

3.1.1数学描述43

3.1.2非线性最小二乘算法46

3.1.3仿真算例47

3.2双目立体相机3D重构49

3.3基于像点运动的位姿估计51

3.4基于Cayley变换的位姿估计算法54

3.4.1数学模型54

3.4.2仿真算例56

3.5非合作目标航天器的位姿跟踪控制58

3.5.1相对姿态运动的数学模型58

3.5.2相对位置运动的数学模型59

3.5.3仿真算例62

第4章 空间机械臂轨迹规划与控制技术65

4.1符号定义65

4.2空间机器人运动学方程67

4.3空间机器人动力学方程71

4.4动力学方程的具体计算73

4.5机械臂关节角的轨迹规划及其控制77

4.6基于SimMechanics工具箱的空间机器人动力学可视化仿真83

4.6.1 SimMechanics工具箱简介83

4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空间机器人动力学建模84

4.6.3空间机器人系统及其运动过程的可视化仿真84

第5章 基于NSB的多模块航天器协同控制89

5.1 NSB协同控制方法89

5.1.1 NSB方法的分层结构89

5.1.2运动速度指令的计算90

5.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例96

5.2.1整体平移96

5.2.2整体聚散96

5.2.3相对重心的构形变换98

5.2.4相对定点的构形变换98

5.2.5碰撞避免99

第6章 基于xPC目标机的分布式实时仿真技术103

6.1多模块航天器分布式实时仿真系统方案103

6.1.1仿真系统总体方案103

6.1.2仿真系统硬件组成104

6.2分布式xPC实时仿真系统的构建111

6.3分布式xPC目标机之间的通信119

6.3.1 RS232串口通信Simulink模块119

6.3.2 CAN通信Simulink模块126

6.3.3反射内存网通信Simulink模块132

第7章 基于iHawk的并行实时仿真139

7.1平行实时仿真技术介绍139

7.1.1实时仿真系统的特殊需求139

7.1.2实时仿真系统的体系结构141

7.1.3并行实时仿真计算机143

7.1.4 Simwb软件介绍146

7.2并行仿真中的多模块调度148

7.2.1 Simulink模型在Simwb中的编辑和编译148

7.2.2卫星子系统RTW模块在Simwb中的并行实时调度151

7.3基于Workbench的多模块并行实时仿真153

第8章 多模块航天器控制的半实物仿真160

8.1多模块航天器半实物仿真环境160

8.2多模块航天器NSB协同控制仿真实例163

8.2.1仿真实例的设计163

8.2.2全数字仿真结果163

8.2.3实物仿真结果166

8.3多模块航天器目标捕获仿真实例171

参考文献177