航天器姿态跟踪容错控制：在线控制分配方法

"这篇论文探讨了基于在线控制分配的航天器姿态跟踪容错控制方法，旨在提高航天器姿态控制系统的稳定性和可靠性。作者包括苗楠、牛广林和胡庆雷，他们分别来自哈尔滨工业大学航天学院和北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院。研究背景是随着航天技术的进步，对航天器的稳定性和控制精度需求不断提高，因此采用冗余执行器的配置成为一种常见策略。论文提出了改进的开环伪逆控制技术和基于向量二次最优规划的动态控制分配方案，以应对执行器部分失效和约束问题。此外，还设计了闭环控制分配系统来处理执行器安装矩阵偏差，并给出了系统稳定的充分条件。通过MATLAB仿真验证了该方法在确保控制效果和执行器约束方面的有效性。关键词包括航天器、姿态跟踪控制、执行器部分失效、冗余执行器和控制分配。" 本文详细分析了航天器姿态跟踪控制面临的问题，特别是在存在冗余执行器的情况下的容错控制策略。作者首先指出，当前的航天器控制系统为了增强稳定性，通常会采用冗余执行器的设计。然而，冗余执行器系统在运行过程中可能会出现部分失效，这要求控制系统具有足够的鲁棒性以应对这种失效情况。 为了改善这种情况，论文提出了一种新的控制策略。它基于故障观测器来估计执行器的失效因子，并将其逆作为权值矩阵应用到开环伪逆控制技术中。这一改进旨在更精确地分配控制任务，同时考虑到执行器可能出现的饱和和响应速率限制。通过引入向量二次最优规划，设计了一个动态控制分配方案，以优化控制信号的分配，确保在满足执行器约束条件下实现有效的姿态控制。 接着，论文考虑了执行器安装矩阵偏差可能引起的误差，设计了一个闭环控制分配系统。这个系统结构能够减少控制器期望力矩与实际执行器力矩之间的误差，为系统稳定性提供了保证。作者还给出了一个关于闭环控制分配系统稳定性的充分条件，为实际应用提供了理论依据。 最后，通过MATLAB仿真实验，作者验证了所提出的闭环控制分配方案能够有效地使航天器的角速度误差和姿态四元数误差快速收敛，同时保证所有执行器的输出力矩在输入饱和和响应速率约束范围内。这些实验结果证实了该方法在航天器姿态跟踪容错控制中的实用性和可靠性。 这篇论文为航天器姿态控制领域提供了一种创新且实用的解决方案，对于提升航天器在面对执行器失效时的控制性能和系统可靠性具有重要意义。