临近空间飞行器的滑模容错控制策略

本文探讨了临近空间飞行器在实际运行中可能遇到的复杂挑战，特别是在执行器层面，如发动机节流阀调节通道和升降舵偏转量通道可能出现的未知控制效益损失和漂移故障。针对这些问题，研究者提出了一个创新的模型参考滑模容错控制策略。这种方法的核心在于结合了模型参考控制和滑模控制技术，旨在确保飞行器在面对这些不确定故障时仍能保持对预设参考模型的稳定跟踪性能。 首先，通过构建跟踪误差系统，设计容错控制器，采用了积分滑模面来增强系统的鲁棒性，有效地消除了由于故障导致的稳态误差。积分滑模面的引入有助于提高系统的抗干扰能力和快速响应能力，即使在存在不确定性的情况下也能保持系统的动态稳定性。 接下来，设计的模型参考滑模控制律具有自适应性，这意味着它能够在没有外部故障诊断单元的情况下，动态调整增益以适应和抵消未知故障的影响。这一自适应律的设计遵循李雅普诺夫稳定性理论，确保整个闭环系统在面对故障时仍保持稳定，从而保证了系统的可靠性和安全性。 通过在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行仿真验证，研究结果表明，提出的容错控制方法在处理不同类型的执行器故障时表现出良好的鲁棒性，能够有效地保障飞行器在复杂近地空间环境中的精确控制和稳定操作。这种容错策略对于保障临近空间任务的顺利完成，如高分辨率遥感、科学观测或太空探索，具有重要意义。 这篇论文提供了一种实用且有效的控制策略，对于提升临近空间飞行器的故障应对能力和整体性能具有很高的应用价值。在未来的航天工程中，这样的容错控制技术可能会成为不可或缺的一部分，帮助我们更好地应对日益复杂的飞行环境挑战。