航天器无速度信息控制：基于扩张观测器的姿轨一体化方法

"这篇论文探讨了在航天器无速度旋量信息的情况下，如何利用扩张状态观测器进行姿轨一体化控制。研究中，作者首先建立了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学和动力学模型。接着，面对速度信息（角速度和质心速度）缺失的问题，设计了扩张状态观测器，考虑到模型参数误差和外界扰动，并通过Ляпунов稳定性定理证明了观测误差的有限时间收敛性。最终，他们基于扩张观测器设计了一种快速终端滑模控制器，确保控制系统在有限时间内收敛，并通过数值仿真进行了验证。该研究对航天器的高精度控制和复杂任务执行具有重要的工程应用价值。" 本文详细阐述了航天器控制领域的关键问题，即在无法获取速度信息时如何有效地进行姿态和轨道的控制。作者采用对偶四元数作为数学工具，构建了航天器的姿轨一体动力学模型，这是一种简洁且直观的表示方法，有助于理解和控制航天器的动态行为。在速度信息缺失的情况下，设计扩张状态观测器成为了解决方案的关键。观测器不仅需要估计未知的速度信息，还需要能应对模型参数误差和外部扰动，确保系统的稳定性和鲁棒性。 通过Ляпунов稳定性定理，作者证明了观测误差能够在有限的时间内收敛到一个较小的范围内，这为实际应用提供了理论保障。进一步，他们提出了一种快速终端滑模控制器，这种控制器能够在限定时间内确保整个控制系统达到期望的状态，提升了控制的效率和精度。 数值仿真的结果验证了该控制策略的有效性，显示了在没有速度信息的情况下，航天器依然可以实现精确的姿轨控制。这一研究对于那些因为成本、尺寸、质量限制或测量设备故障而无法获取速度信息的航天任务来说，有着重大的实用价值，尤其是对于需要高精度控制和复杂机动的航天器，如空间在轨服务、交会对接和高精度观测任务。 这篇论文揭示了在无速度信息条件下，如何通过创新的观测器设计和控制策略来实现航天器的高效姿轨控制，为未来航天器的自主控制技术提供了新的思路和方法。