Fixed-Time Disturbance Observer-Based Attitude Prescribed Performance Predictive Control for Flexible Spacecraft

控制理论(社会学) 航天器 模型预测控制 姿态控制 扰动(地质) 观察员(物理) 计算机科学 控制工程 控制(管理) 工程类 航空航天工程 人工智能 物理 地质学 古生物学 量子力学
作者
Quan-Zhi Liu,Liu Zhang,Bo Sun,Yang Xiao,Guowei Fan
出处
期刊:IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:60 (3): 3209-3220 被引量:7
标识
DOI:10.1109/taes.2024.3359591
摘要

This paper investigates the problem of improving control performance during flexible spacecraft maneuvers, hampered by system uncertainties, environmental disturbances and flexible vibrations. A fixed-time disturbance observer-based prescribed performance predictive control method is proposed. Firstly, a nonlinear second-order fully actuated (NSOFA) discrete system model is introduced to characterize the dynamic behavior and nonlinearities of the spacecraft attitude control system. The fixedtime disturbance observer is employed to estimate and compensate for the lumped disturbances. Subsequently, an incremental secondorder fully actuated (ISOFA) predictive model is established using a Diophantine equation to replace reduced-order equations. Further, an optimal controller is obtained through multi-step ahead prediction, which considers constraints on attitude tracking performance and prescribed performance. Additionally, a necessary and sufficient condition is provided to analyze the tracking performance and stability of the closed-loop system. Finally, numerical simulations of flexible spacecraft maneuvering and attitude tracking validate the effectiveness.
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