航天器动量控制系统

本书主要讲述航天器动量控制系统的基本原理及仿真应用，包括航天器姿态控制系统和航天器动量控制及应用、动量控制系统的需求开发、动量控制系统的动力学、控制力矩陀螺的奇异性、动量控制系统阵列结构、转向算法、动量设备的内环控制、空间中的发动机、动量控制模型建立与仿真等。重点阐述了基于热点和未来航天任务需要的航天器单个动量控制执行机构的选择和设计，以及航天器动量执行机构阵列控制动力学分析设计、算法设计。

第1章 概述
1.1 航天器设计、商业领域和角动量
1.2 动量控制装置和姿态控制系统
1.3 旋转运动的研究历程介绍
1.4 动量控制技术的应用发展
1.5 关于本书
参考文献
第2章 动量控制技术的应用
2.1 航天器领域应用
2.1.1 GEO通信类航天器
2.1.2 敏捷的航天任务及“行动构想”
2.1.3 空间站
2.1.4 小型航天器
2.1.5 卫星在轨维修
2.1.6 小行星捕获
2.1.7 空间机器人
2.2 地面应用
2.2.1 Brennan的单轨铁路
2.2.2 Wolseley设计的奇迹双轮车
2.2.3 Lit Motors公司的C-1两轮车
2.2.4 航海中的滚转与俯仰稳定应用
2.3 本章小结
参考文献
第3章 动量控制系统的发展需求
3.1 敏捷需求的量化
3.1.1 机动角度与时间
3.1.2 航天器效能比
3.1.3 动量系统效能比
3.1.4 航天器速度
3.1.5 总结
3.2 动量设备技术
3.2.1 扭矩、动量及进动角消除
3.2.2 反应轮
3.2.3 双常平架控制力矩陀螺（DGCMG）
3.2.4 单常平架控制力矩陀螺（SGCMG）
3.2.5 航天器速度和SGCMG的常平架扭矩
3.2.6 重新审视扭矩放大效应
3.3 动量设备技术的权衡
3.3.1 动量和扭矩
3.3.2 功率
3.3.3 振动
3.3.4 扭矩精度
3.3.5 阵列控制
3.4 选择动量设备技术的准则
3.5 本章小结
参考文献
第4章 动量控制系统动力学
4.1 符号表示方法
4.2 航天器姿态与动量——装置运动学
4.3 具有平衡转子的陀螺仪的运动方程
4.4 陀螺仪的相对平衡和稳定性
4.4.1 RWA航天器
4.4.2 CMG航天器
4.4.3 大角度调姿机动
4.5 控制力矩陀螺
4.6 雅可比执行器
4.7 转子及常平架结构的动力学
4.8 放大CMG执行器产生的效应
4.8.1 尺寸增大所带来的扭矩放大效应衰减
4.9 本章小节
参考文献
第5章 陀螺仪动量控制的奇异点问题
5.1 奇异值
5.2 坐标系奇异性和几何空间奇异性
5.2.1 坐标系统的奇异性
5.2.2 与空间几何运动约束相关的奇异性
5.3 控制力矩陀螺的奇异性
5.3.1 CMG奇异性的概念
5.4 DGCMG的奇异性
5.4.1 DGCMG的常平架锁定状态
5.5 SGCMG的奇异性
5.5.1 SGCMG的常平架锁定
5.6 奇异性分类
5.7 奇异性的数学定义
5.7.1 退化奇异性的确定
5.8 超双曲线奇异性
5.8.1 非退化超双曲线奇异性
5.8.2 退化双曲线类型奇异性
5.9 椭圆奇异性
5.9.1 外部椭圆奇异性
5.9.2 内部椭圆奇异性
5.10 奇异点的可通性和不可通性
5.10.1 不可通性奇异点
5.10.2 可通性奇异点
5.11 SGCMG奇异表面
5.12 奇异表面的特点
5.13 奇异点附近的数值敏感性
5.14 变速控制力矩陀螺的奇异性
5.15 零动量自旋
5.15.1 RWA零动量自旋
5.15.2 4个CMG屋顶状排列的零动量自旋
5.15.3 4个CMG金字塔状排列的零动量自旋
5.16 本章小结
参考文献
第6章 动量控制系统阵列的结构
6.1 动量设备的特征
6.2 RWA阵列的动量和扭矩能力
6.3 CMG阵列的动量和扭矩能力
6.4 DGCMG阵列
6.5 SGCMG阵列
6.5.1 剪刀对CMG阵列
6.5.2 共线（多类型）阵列
6.5.3 3/4立方体状CMG阵列
6.5.4 金字塔阵列
6.5.5 动态阵列
6.6 混合阵列及其他阵列的设计
6.6.1 双常平架/单常平架剪刀对阵列
6.6.2 兰勒“六-Pac”
6.6.3 单常平架的6个GAMS（6个CMG金字塔阵列）
6.6.4 具有高力矩反应飞轮的剪刀对阵列
6.7 变速CMG阵列
6.8 能量存储
6.9 优化和自主阵列配置
6.10 本章小结
参考文献
第7章 操纵算法
7.1 控制力矩陀螺操纵算法
7.2 伪逆法的起源
7.2.1 融合逆
7.2.2 摩尔-彭若斯伪逆
7.3 奇异点脱离算法（扭矩误差算法）
7.3.1 奇异鲁棒伪逆
7.3.2 奇异方向规避伪逆
7.3.3 广义奇异鲁棒伪逆
7.4 奇异点规避算法
7.4.1 广义逆操纵律
7.4.2 局部梯度法
7.4.3 约束常平架转角或角动量法
7.4.4 角动量限定方法
7.5 奇异点规避算法和奇异点脱离算法
7.5.1 混合操纵逻辑
7.5.2 角动量人工势场操纵
7.5.3 反馈操纵律
7.5.4 很优控制力矩陀螺姿态控制
7.6 变速控制力矩陀螺
7.7 本章小结
参考文献
第8章 动量装置的内环控制
8.1 转速控制
8.1.1 控制力矩陀螺转速环
8.1.2 反应轮总成转速
8.2 常平架速率环
8.2.1 通过常平架速率环减少误差
8.2.2 航天器结构影响
8.2.3 带宽问题研究
8.2.4 摩擦和自动控制系统极限环
8.3 本章小结
第9章 太空中电动机
9.1 电动机技术
……