有限时间控制：多刚体飞行器姿态同步与跟踪

"多架刚体飞行器的有限时间姿态控制，周宁，夏元清。本文探讨了在外部环境干扰下，如何实现一组刚体飞行器的有限时间姿态同步和跟踪。研究中提出了一种快速终端滑模控制方法，适用于无向图通信拓扑结构的多飞行器编队。通过结合有限时间控制和自适应控制技术，设计了一种分散式控制算法，确保飞行器姿态误差在有限时间内快速收敛。同时，应用自适应律来对抗扰动影响。理论分析证明了闭环系统的有限时间收敛性和稳定性，并通过仿真验证了算法的有效性。关键词包括姿态同步、快速终端滑模、有限时间控制和自适应控制。" 在航空航天领域，刚体飞行器的姿态控制是至关重要的，因为它直接影响到飞行器的性能和任务完成能力。在本文中，作者针对多架刚体飞行器的协同操作问题，特别是当存在外部环境干扰时，提出了一个创新的解决方案。首先，他们引入了“快速终端滑模”概念，这是一种先进的控制策略，可以在预定的有限时间内引导系统状态达到期望值，即使在有扰动的情况下也能保持良好的性能。 无向图通信拓扑结构是描述多飞行器编队的一种方式，其中每架飞行器可以与其邻近的飞行器交换信息，形成一个没有方向的网络。在这种结构下，提出的控制算法能够确保所有飞行器姿态同步，即它们的姿态能够在有限时间内趋近一致。 为了解决不确定性，如未知的环境干扰，文章采用了自适应控制策略。通过自适应律，算法可以在线估计并抵消这些不确定因素的影响，增强了系统的鲁棒性。此外，自适应控制还允许系统对飞行器的动态变化做出适应，提高了控制的灵活性。 利用Lyapunov定理，作者证明了闭环控制系统的有限时间收敛性和稳定性。这是一个关键的数学工具，用于分析和证明系统的稳定性。证明过程确保了控制算法不仅能够在理论上达到预期效果，而且在实际应用中也是可靠的。 最后，通过仿真实验，作者展示了所提算法在实际场景中的有效性。这些实验通常包括各种扰动条件和复杂的编队运动，验证了算法在不同情况下的性能和适应性。 这篇论文为多刚体飞行器的姿态同步和跟踪控制提供了一个实用且鲁棒的方法，尤其是在面临不确定性和干扰的情况下。这不仅对飞行器编队控制理论的发展具有重要意义，也为实际的航天任务提供了有价值的工程参考。