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液体大幅晃动充液航天器分数阶滑模姿态机动控制

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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.
Fractional-order Sliding Mode Attitude Control for Liquid-filled Spacecraft with Large-amplitude Liquid Sloshing
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.

Liquid-filled spacecraftLiquid sloshingSliding mode controlDisturbance observerNeural network

宋晓娟、范志文、吕书锋、岳宝增

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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

北京理工大学宇航学院,北京 100081

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充液航天器 液体晃动 滑模控制 扰动观测器 神经网络

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2024

10.3873/j.issn.1000-1328.2024.07.015

宇航学报
中国宇航学会

宇航学报

CSTPCD北大核心
影响因子：0.887
ISSN：1000-1328
年,卷(期)：2024.45(7)
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