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目次
書摘/試閱
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《多模塊航天器的控制及實時仿真技術》介紹了多模塊航天器控制與仿真領域的一些相關技術問題。《多模塊航天器的控制及實時仿真技術》共分8章，第1章介紹了多模塊航天器控制與仿真技術發展狀況，第2章和第3章介紹了航天器從遠距離到超近距離的自主交會及逼近控制過程，第4章介紹了機械臂空間機器人的動力學與控制及其可視化仿真，第5章介紹了多個航天器之間相對運動的協同控制，第6章和第7章介紹了基于Simulink開展的航天器分布式實時仿真以及并行實時仿真，第8章介紹了基于半實物仿真環境開展的航天器協同控制和目標捕獲的地面仿真實驗。
目次
第1章 多模塊航天器及其控制與仿真技術發展狀況
1.1多模塊航天器的概念內涵
1.2多模塊航天器的發展現狀和趨勢
1.3多模塊航天器的控制及實時仿真技術
1.3.1編隊飛行控制技術
1.3.2姿態軌道同步控制技術
1.3.3空間機器人控制技術
1.3.4多模塊航天器實時仿真技術
第2章 多模塊航天器自主交會及捕獲技術
2.1相對運動及其控制數學模型
2.1.1相對運動的描述
2.1.2交會控制與編隊控制的等價性
2.1.3航天器交會的三沖量控制方法
2.1.4航天器交會的Lambert兩沖量控制方法
2.2遠距離交會策略 第1章 多模塊航天器及其控制與仿真技術發展狀況 1.1多模塊航天器的概念內涵 1.2多模塊航天器的發展現狀和趨勢 1.3多模塊航天器的控制及實時仿真技術 1.3.1編隊飛行控制技術 1.3.2姿態軌道同步控制技術 1.3.3空間機器人控制技術 1.3.4多模塊航天器實時仿真技術 第2章 多模塊航天器自主交會及捕獲技術 2.1相對運動及其控制數學模型 2.1.1相對運動的描述 2.1.2交會控制與編隊控制的等價性 2.1.3航天器交會的三沖量控制方法 2.1.4航天器交會的Lambert兩沖量控制方法 2.2遠距離交會策略 2.3接近繞飛以及捕獲過程 2.3.1接近階段 2.3.2繞飛階段 2.3.3捕獲階段 2.4相對導航分析 2.4.1擴展卡爾曼濾波 2.4.2相對導航濾波算法 2.4.3仿真條件 2.4.4仿真結果 第3章 多模塊航天器相對位姿估計及同步控制 3.1單目相機位姿估計 3.1.1數學描述 3.1.2非線性最小二乘算法 3.1.3仿真算例 3.2雙目立體相機3D重構 3.3基于像點運動的位姿估計 3.4基于Cayley變換的位姿估計算法 3.4.1數學模型 3.4.2仿真算例 3.5非合作目標航天器的位姿跟蹤控制 3.5.1相對姿態運動的數學模型 3.5.2相對位置運動的數學模型 3.5.3仿真算例 第4章 空間機械臂軌跡規劃與控制技術 4.1符號定義 4.2空間機器人運動學方程 4.3空間機器人動力學方程 4.4動力學方程的具體計算 4.5機械臂關節角的軌跡規劃及其控制 4.6基于SimMechanics工具箱的空間機器人動力學可視化仿真 4.6.1 SimMechanics工具箱簡介 4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空間機器人動力學建模 4.6.3 空間機器人系統及其運動過程的可視化仿真 第5章 基于NSB的多模塊航天器協同控制 5.1 NSB協同控制方法 5.1.1 NSB方法的分層結構 5.1.2運動速度指令的計算 5.2多模塊航天器NSB協同控制仿真實例 5.2.1 整體平移 5.2.2整體聚散 5.2.3相對重心的構形變換 5.2.4相對定點的構形變換 5.2.5碰撞避免 第6章 基于xPC目標機的分布式實時仿真技術 6.1 多模塊航天器分布式實時仿真系統方案 6.1.1仿真系統總體方案 6.1.2仿真系統硬件組成 6.2分布式xPC實時仿真系統的構建 6.3分布式xPC目標機之間的通信 6.3.1 RS232串口通信Simulink模塊 6.3.2 CAN通信Simulink模塊 6.3.3反射內存網通信Simulink模塊 第7章 基于iI—Iawk的并行實時仿真 7.1平行實時仿真技術介紹 7.1.1 實時仿真系統的特殊需求 7.1.2 實時仿真系統的體系結構 7.1.3并行實時仿真計算機 7.1.4 Simwb軟件介紹 7.2并行仿真中的多模塊調度 7.2.1 Simulink模型在Simwb中的編輯和編譯 7.2.2衛星子系統RTW模塊在Simwb中的并行實時調度 7.3基于Workbench的多模塊并行實時仿真 第8章 多模塊航天器控制的半實物仿真 8.1多模塊航天器半實物仿真環境 8.2多模塊航天器NSB協同控制仿真實例 8.2.1仿真實例的設計 8.2.2全數字仿真結果 8.2.3 實物仿真結果 8.3多模塊航天器目標捕獲仿真實例 參考文獻
1.1多模塊航天器的概念內涵
1.2多模塊航天器的發展現狀和趨勢
1.3多模塊航天器的控制及實時仿真技術
1.3.1編隊飛行控制技術
1.3.2姿態軌道同步控制技術
1.3.3空間機器人控制技術
1.3.4多模塊航天器實時仿真技術
第2章 多模塊航天器自主交會及捕獲技術
2.1相對運動及其控制數學模型
2.1.1相對運動的描述
2.1.2交會控制與編隊控制的等價性
2.1.3航天器交會的三沖量控制方法
2.1.4航天器交會的Lambert兩沖量控制方法
2.2遠距離交會策略 第1章 多模塊航天器及其控制與仿真技術發展狀況 1.1多模塊航天器的概念內涵 1.2多模塊航天器的發展現狀和趨勢 1.3多模塊航天器的控制及實時仿真技術 1.3.1編隊飛行控制技術 1.3.2姿態軌道同步控制技術 1.3.3空間機器人控制技術 1.3.4多模塊航天器實時仿真技術 第2章 多模塊航天器自主交會及捕獲技術 2.1相對運動及其控制數學模型 2.1.1相對運動的描述 2.1.2交會控制與編隊控制的等價性 2.1.3航天器交會的三沖量控制方法 2.1.4航天器交會的Lambert兩沖量控制方法 2.2遠距離交會策略 2.3接近繞飛以及捕獲過程 2.3.1接近階段 2.3.2繞飛階段 2.3.3捕獲階段 2.4相對導航分析 2.4.1擴展卡爾曼濾波 2.4.2相對導航濾波算法 2.4.3仿真條件 2.4.4仿真結果 第3章 多模塊航天器相對位姿估計及同步控制 3.1單目相機位姿估計 3.1.1數學描述 3.1.2非線性最小二乘算法 3.1.3仿真算例 3.2雙目立體相機3D重構 3.3基于像點運動的位姿估計 3.4基于Cayley變換的位姿估計算法 3.4.1數學模型 3.4.2仿真算例 3.5非合作目標航天器的位姿跟蹤控制 3.5.1相對姿態運動的數學模型 3.5.2相對位置運動的數學模型 3.5.3仿真算例 第4章 空間機械臂軌跡規劃與控制技術 4.1符號定義 4.2空間機器人運動學方程 4.3空間機器人動力學方程 4.4動力學方程的具體計算 4.5機械臂關節角的軌跡規劃及其控制 4.6基于SimMechanics工具箱的空間機器人動力學可視化仿真 4.6.1 SimMechanics工具箱簡介 4.6.2基于二代SimMechanics工具箱的空間機器人動力學建模 4.6.3 空間機器人系統及其運動過程的可視化仿真 第5章 基于NSB的多模塊航天器協同控制 5.1 NSB協同控制方法 5.1.1 NSB方法的分層結構 5.1.2運動速度指令的計算 5.2多模塊航天器NSB協同控制仿真實例 5.2.1 整體平移 5.2.2整體聚散 5.2.3相對重心的構形變換 5.2.4相對定點的構形變換 5.2.5碰撞避免 第6章 基于xPC目標機的分布式實時仿真技術 6.1 多模塊航天器分布式實時仿真系統方案 6.1.1仿真系統總體方案 6.1.2仿真系統硬件組成 6.2分布式xPC實時仿真系統的構建 6.3分布式xPC目標機之間的通信 6.3.1 RS232串口通信Simulink模塊 6.3.2 CAN通信Simulink模塊 6.3.3反射內存網通信Simulink模塊 第7章 基于iI—Iawk的并行實時仿真 7.1平行實時仿真技術介紹 7.1.1 實時仿真系統的特殊需求 7.1.2 實時仿真系統的體系結構 7.1.3并行實時仿真計算機 7.1.4 Simwb軟件介紹 7.2并行仿真中的多模塊調度 7.2.1 Simulink模型在Simwb中的編輯和編譯 7.2.2衛星子系統RTW模塊在Simwb中的并行實時調度 7.3基于Workbench的多模塊并行實時仿真 第8章 多模塊航天器控制的半實物仿真 8.1多模塊航天器半實物仿真環境 8.2多模塊航天器NSB協同控制仿真實例 8.2.1仿真實例的設計 8.2.2全數字仿真結果 8.2.3 實物仿真結果 8.3多模塊航天器目標捕獲仿真實例 參考文獻
書摘/試閱
為支持實時仿真程序的設計和調試，在實時仿真機中使用NightStar工具包。NightStar工具包為實時應用提供了完整高效的開發環境，包括有NightTune應用調試和環境監視器、NightView源代碼級調試器、NightTrace運行時分析器、NightSim周期調度程序和NightProbe數據監控器。這些工具提供了圖形化界面，專用于實時多處理應用系統程序的無干擾控制、監控、分析和調試。
仿真系統的設計實現中涉及多種不同類型模型，各種模型的軟件實現方式各異。例如，為了保持系統的實時特性，與硬件接口關系緊密，涉及I／O的模塊一般由c語言實現；為了方便進行復雜的數學計算，涉及動力學仿真模塊、敏感器執行器仿真模塊和控制算法模塊，往往采用Simulink建模。如果可以方便地將不同實現方式的模塊有機的結合在一起，將使系統的軟件開發工作量大大減輕。Simwb軟件為之提供了非常靈活的解決方案。
3.實時仿真系統的調度方法
實時仿真中，多個模型并存，各個模型執行周期不同，模型之間存在復雜的約束關系，所有模型的執行必須滿足嚴格的時間約束。仿真系統的模型調度方法是解決上述問題的關鍵所在，是系統運行的核心。實時仿真有多種模型調度策略，FBS是實時仿真調度策略中最有效、常用的一類。在iHawk實時仿真機中，以“實時時鐘中斷模塊”RCIM作為實時仿真的時鐘源。
在實時仿真機中，FBS、PM（Performance Monitor）是實現基于頻率帶調度的核心工具。FBS的實質是任務的一種同步機制，以特定的頻率去執行進程。頻率基于由RCIM卡和外部中斷提供的高精度定時器。Performance Monitor監視FBS調度的各個進程的CPU使用狀況，幫助用戶在各個CPU之間進行任務分配，實現負載均衡，獲得更高的處理效率。
RedHawk Linux的FBS RPM包中提供了對FBS、PM和RTCP（the RealTime Command Processor）的內核支持。如果需要RCIM卡作為時鐘源，需要安裝RCIM卡。從軟件環境的角度來看，在實時仿真環境中，可以通過三種方式獲得FBS的支持：第一是RTCP，用戶通過編制腳本對模型的調度方式進行設置。第二是通過程序調用庫函數，用戶可以通過c語言程序調用對應的庫函數對FBS調度器的各種參數進行設置。第三是NightSim，NightSim是并行公司為支持FBS所提供的一種圖形化調度器設置工具，可以通過圖形方式快速地對每個模型的執行調度頻率，運行優先級以及CPU的分配方式進行設置。
