本书面向空间飞行器在轨服务对空间机器人操作与控制的需求，以空间机器人捕获翻滚目标过程中的动力学、运动规划和协调控制为主线，主要内容包括：空间机器人捕获翻滚目标的动力学建模、捕获目标过程中的约束处理与协调控制策略、基于机器学习的翻滚目标运动预测与抓捕决策、抓捕目标时机确定和最优抓捕轨迹规划与控制、空间机器人接近目标和捕获目标后消旋的最优轨迹规划与控制、捕获目标后的参数辨识与自适应控制，以及地面验证实验中空间和地面机器人之间的动力学等效条件、控制相似律和动力学误差补偿策略等。 本书是空间机器人动力学与控制领域的一本科技专著，适合于空间机器人技术与应用、航空宇航科学与技术、控制理论与工程等领域的科学研究和工程技术人员阅读和研究参考，也可作为高等院校相关专业研究生的教材或教学参考书。

第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 空间机器人捕获翻滚目标过程与需求
1.2.1 捕获过程与挑战
1.2.2 捕获目标的技术需求
1.3 空间机器人捕获翻滚目标动力学与控制研究综述
1.3.1 空间机器人动力学建模
1.3.2 空间机器人轨迹规划
1.3.3 空间机器人控制
1.3.4 地面实验系统与技术
1.4 本书内容安排及特色
1.4.1 主要内容及章节安排
1.4.2 特色与创新
参考文献
第2章 空间机器人捕获翻滚目标动力学建模
2.1 引言
2.2 空间机器人动力学模型
2.2.1 牛顿-欧拉方程形式动力学模型
2.2.2 拉格朗日方程形式动力学模型
2.2.3 逆链动力学模型
2.2.4 非惯性坐标系下动力学模型
2.3 空间翻滚目标动力学模型
2.3.1 轴对称刚体翻滚目标
2.3.2 一般刚体翻滚目标
2.4 组合体动力学模型
2.5 空间机器人及组合体的动力学耦合性
2.5.1 动力学耦合性建模
2.5.2 动力学耦合性指标
2.5.3 动力学耦合性分析
2.6 本章小结
参考文献
第3章 空间机器人捕获目标过程的约束处理与控制策略
3.1 引言
3.2 捕获目标过程中的约束
3.2.1 躲避障碍物约束
3.2.2 输入受限约束
3.2.3 一般约束的数学形式
3.3 不等式约束处理方法
3.3.1 状态不等式转化为扩展动态子系统
3.3.2 输入不等式转化为饱和函数
3.4 含不等式约束的最优控制问题求解方法
3.4.1 含不等式约束的最优控制问题转化
3.4.2 收敛性分析
3.4.3 转化后最优控制问题的求解
3.5 协调控制策略
3.5.1 闭环逆运动学控制
3.5.2 逆动力学控制
3.6 本章小结
参考文献
第4章 空间翻滚目标运动预测与抓捕决策
4.1 引言
4.2 空间翻滚目标运动状态预测
4.2.1 预测问题与机器学习
4.2.2 基于稀疏高斯过程的目标预测
4.2.3 基于启发式优化的目标数据训练
4.2.4 空间翻滚目标长期运动预测
4.3 目标意图预测与机械臂动作决策
4.3.1 决策问题与强化学习
4.3.2 机械臂抓捕决策建模
4.3.3 空间翻滚目标意图预测
4.3.4 机械臂动作决策与执行
4.4 仿真验证
4.4.1 空间翻滚目标运动预测仿真
4.4.2 空间机械臂动作决策仿真
4.5 本章小结
参考文献
第5章 逼近阶段的最优轨迹规划与协调控制
5.1 引言
5.2 任务描述与控制策略
5.2.1 任务描述与假设
5.2.2 控制策略
5.3 逼近目标最优轨迹规划与控制
5.3.1 问题描述
5.3.2 约束处理与变分法求解
5.3.3 最优性与奇异性讨论
5.3.4 模型预测控制
5.4 协调控制
5.4.1 协调控制器
5.4.2 稳定性分析
5.5 仿真验证
5.6 本章小结
参考文献
第6章 抓捕时机确定和抓捕轨迹规划与控制
6.1 引言
6.2 抓捕时机确定
6.2.1 空间机器人工作空间分析
6.2.2 目标上抓捕点运动分析
6.2.3 最优抓捕时机确定
6.3 最优抓捕轨迹规划与跟踪控制
6.3.1 最优抓捕轨迹规划
6.3.2 抓捕轨迹跟踪控制器设计
6.3.3 典型情况下的协调跟踪控制
6.4 仿真验证
6.4.1 抓捕时机确定与抓捕轨迹规划仿真
6.4.2 协调跟踪控制仿真
6.5 本章小结
参考文献
第7章 捕获目标后的参数辨识与自适应控制
7.1 引言
7.2 基于最小二乘法的目标参数辨识
7.2.1 辨识模型
7.2.2 基于QR分解的递推最小二乘估计
7.2.3 参数辨识激励轨迹优化
7.3 基于并行学习的目标参数辨识
7.3.1 辨识参数预处理
7.3.2 参数并行学习方法
7.4 空间机器人自适应控制
7.4.1 基座无扰的自适应控制
7.4.2 基于任务优先级的控制
7.5 仿真验证
7.5.1 基于递推最小二乘法的参数辨识仿真
7.5.2 基于参数并行学习的参数辨识仿真
7.6 本章小结
参考文献
第8章 捕获目标后的消旋轨迹规划与组合体协调控制
8.1 引言
8.2 最短时间消旋轨迹规划
8.2.1 问题描述
8.2.2 约束处理与变分法求解
8.3 组合体位置跟踪协调控制
8.3.1 协调控制器
8.3.2 稳定性分析
8.4 组合体柔顺控制
8.4.1 柔顺控制的必要性
8.4.2 组合体不确定性分析
8.4.3 柔顺控制策略
8.4.4 组合体协调柔顺控制方法
8.5 仿真验证
8.5.1 最优消旋轨迹与跟踪协调控制仿真
8.5.2 组合体柔顺控制仿真
8.6 本章小结
参考文献
第9章 空间机器人动力学与控制地面验证等效方法
9.1 引言
9.2 基于П理论的机器人动力学等效分析方法
9.2.1 П理论
9.2.2 动力学等效条件
9.2.3 动力学参数灵敏性分析
9.3 机器人控制相似律设计方法
9.3.1 控制相似律设计准则