空间机器人动力学与控制  082501M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:王蜀泉
授课时间: 星期六,第5、6、7 节
授课地点: 教二楼114
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18
课程编号: 082501M04001H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:王蜀泉 助教:毛青堂
英文名称: Space Robot Dynamics and Control 召集人:

教学目的、要求

本课程是飞行器设计专业的核心课程。本课程面向空间操控背景,介绍空间机器人动力学与控制相关知识。主要内容包括现代姿态运动的描述方法、刚体动力学建模与分析、空间机器人动力学建模方法、基于Lyapunov稳定的姿态控制、基于VSCMG执行机构的姿态控制与奇异规避、空间机器人双臂协调控制、空间机器人碰撞力学等内容。
通过本课程,学生应掌握空间机器人动力学与控制基础知识与前沿动态,具有在相关领域开展深入研究的能力。

预修课程

理论力学、自动控制原理

教 材

课堂讲义为主

主要内容

绪论(2学时)介绍本课程的主要范畴、姿态的内涵与基本数学表达方法;姿态的描述方法与姿态运动学(10学时)介绍现代姿态运动描述方法,内容包括方向余弦阵、欧拉角、四元数、CRP、罗德里戈数、修正罗德里戈数、SOP等,以及与描述方法对应的姿态运动学模型;刚体姿态动力学(12学时)刚体姿态动力学,角动量与能量,典型双自旋姿态动力学模型与运动特性分析,重力场下重力梯度对刚体姿态运动的影响分析,基于分析力学的多刚体系统动力学建模方法;典型非线性姿态控制(10学时)基于MRP的非线性姿态镇定控制、姿态跟踪控制,组合体耦合控制;基于VSCMG的航天器姿态控制(4学时)动量控制设备介绍,变速率控制力拒陀螺的动力学方程,动量控制设备姿态控制,VSCMG的零运动,CMG的奇异规避;多刚体航天器碰撞动力学(4学时)机械臂动力学模型、机械臂末端碰撞动力学、碰撞力的解析近似

参考文献

 《Analytical Mechanics of Space Systems》, Hanspeter Schaub, 4th Edition, AIAA Education Series;《Nonlinear Systems》,Hassen Khalil, 3rd Edition