液体大幅晃动充液航天器分数阶滑模姿态机动控制
Fractional-order Sliding Mode Attitude Control for Liquid-filled Spacecraft with Large-amplitude Liquid Sloshing
宋晓娟 1范志文 1吕书锋 2岳宝增3
作者信息
- 1. 内蒙古工业大学机械工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古自治区特殊服役智能机器人重点实验室,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学理学院,呼和浩特 010051
- 2. 内蒙古工业大学理学院,呼和浩特 010051
- 3. 北京理工大学宇航学院,北京 100081
- 折叠
摘要
研究部分充液航天器存在系统参数不确定、外部未知扰动、液体燃料大幅晃动的姿态机动控制问题.首先,将大幅晃动的液体燃料等效为运动脉动球模型,建立刚-液耦合航天器动力学方程;其次,针对充液航天器姿态稳定问题,提出一种具有固定时间收敛的分数阶非奇异快速终端滑模算法;同时,设计扰动观测器来估计系统的综合扰动,并且利用径向基函数神经网络来估计液体大幅晃动引起的扰动;设计Lyapunov函数分析并证明系统固定时间稳定性;最后,通过对比的仿真结果验证本文提出控制策略的可行性和有效性.
Abstract
The attitude maneuver control problem of liquid-filled spacecraft with system parameter uncertainty,external disturbance and large-amplitude liquid sloshing are studied.Firstly,the liquid fuel with large-amplitude liquid sloshing is equivalent to a moving pulsating ball model,and the dynamic equation of the spacecraft with large liquid sloshing is established.A fractional-order nonsingular fast terminal sliding mode algorithm with fixed time convergence is proposed for the attitude stability of liquid-filled spacecraft.Additionally,a perturbation observer is designed to estimate the combined perturbations including parameter uncertainties and external perturbations,and the perturbations caused by large-amplitude liquid sloshing are estimated using a radial basis function neural network.The Lyapunov function is designed to analyze and prove the fixed-time stability of the system.Finally,the feasibility and effectiveness of the control strategy proposed in this paper are verified by the comparative simulation results.
关键词
充液航天器/液体晃动/滑模控制/扰动观测器/神经网络Key words
Liquid-filled spacecraft/Liquid sloshing/Sliding mode control/Disturbance observer/Neural network引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金项目(12362004)
国家自然科学基金项目(11962020)
国家自然科学基金项目(12172182)
国家自然科学基金项目(12132002)
内蒙古自治区高等学校创新团队发展计划支持(NMGIRT2213)
内蒙古自治区高等学校青年科技人才项目(NJYT23029)
内蒙古自治区高等学校青年科技人才项目(NJYT23067)
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20240066)
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20220086)
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20220046)
出版年
2024
NETL
NSTL
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