鲁棒自适应控制与动态分配：航天器姿态机动策略

本文主要探讨了"基于反步法与动态控制分配的航天器姿态机动控制"这一关键主题，针对航天器在实际运行中遇到的复杂问题——存在未知转动惯量和外部干扰，提出了创新的控制策略。作者李波、胡庆雷、石忠和马广富针对这些挑战，设计了一类鲁棒自适应控制器，利用Lyapunov稳定性理论对系统进行了深入分析，确保了在不确定性环境下的控制性能。 反步法是一种先进的控制技术，它通过分解复杂的系统动态，逐级设计控制器，使高级层的问题逐步简化，从而实现整体系统的稳定和高效控制。这种方法特别适用于具有不确定性的系统，如航天器，因为其能够处理模型参数的变化和外部干扰的影响。 然而，航天器的姿态机动通常依赖于反作用飞轮作为执行机构，这些飞轮可能存在冗余，这就引出了另一个关键问题：如何有效地利用这种冗余来优化控制性能。为此，文中提出了一种基于约束最优二次规划的动态控制分配算法。相比于传统的伪逆法，这种方法能够更好地考虑飞轮的动态特性和最大力矩限制，同时有效抑制姿态敏感器测量噪声和异常值，从而确保控制力矩的平稳输出。 控制力矩的平稳性是航天器姿态机动控制中的重要因素，因为它直接影响到航天器的姿态稳定性和操作精度。通过采用动态控制分配算法，指令可以更精确地转化为期望飞轮的动作，减少了控制误差，提高了整个系统的控制效率。 最后，作者将他们提出的控制方案应用于实际的轮控刚体航天器姿态机动任务中，通过仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。这表明，这种方法不仅理论上可行，而且在实际工程应用中也展现出了优越的性能。 这篇论文的核心贡献在于研发了一种结合了反步法与动态控制分配的新型航天器姿态机动控制策略，解决了未知转动惯量、外部干扰以及飞轮冗余等问题，为航天器在复杂环境下保持稳定和高效机动提供了强有力的控制手段。