三维面充液航天器动力学建模与滑模姿态控制

"三轴充液航天器建模及姿态稳定控制" 这篇研究论文主要探讨了三轴充液航天器的动力学建模及其在轨姿态稳定控制问题。针对当前文献中多数采用的二维平面模型，该研究引入了更为实际的三维环境模型，以提高建模的准确性。文中涉及的主要知识点包括： 1. **三维面充液航天器动力学建模**：研究考虑了一类特殊结构的充液航天器，即贮箱关于航天器中心轴对称的三维面模型。在建立参考坐标系后，利用单摆模型来模拟液体燃料的晃动行为。这一建模方法能够更准确地反映航天器在实际空间环境中的动力学特性。 2. **角动量守恒定律**：在动力学建模过程中，应用角动量守恒定律，计算出充液航天器各部分对其质心的惯性力矩。结合充液航天器的动能方程，推导出拉格朗日方程，最终得到完整的动力学模型。这一过程揭示了该系统为欠驱动系统，且零动态不稳定，为后续的姿态控制策略设计提供了基础。 3. **姿态稳定控制**：考虑到航天器刚体部分的转动惯量可能存在不确定性以及三轴力矩可能受到常值干扰，论文设计了一种滑模控制器。滑模控制是一种自适应控制策略，能够有效地应对系统参数变化和外界干扰，确保航天器在轨道坐标系中的姿态稳定性。 4. **控制理论应用**：滑模控制在航天器控制领域的应用是本研究的一大亮点，它能提供鲁棒性，即对模型不确定性和外部干扰的抵抗能力，从而保证在各种条件下航天器的姿态稳定。 5. **资助项目**：该研究得到了国家自然科学基金和江苏省“六大人才高峰”高层次人才基金的支持，反映了其在学术领域的认可度和重要性。 6. **研究背景与意义**：由于充液航天器在轨道运行时的液体燃料动态行为对航天器性能有显著影响，因此对这类航天器的建模和控制研究对于提升航天任务的成功率和效率至关重要。 该研究深入探讨了三轴充液航天器的建模和控制问题，通过引入三维模型和滑模控制策略，为实际航天工程提供了理论支持和解决方案。