分散输出反馈：无角速度航天器编队姿态协同控制稳定性与干扰抑制

本文主要探讨了航天器编队的姿态协同控制问题，特别是在没有角速度反馈的情况下，提出了一种创新的分散式输出反馈控制器设计。研究背景中强调了角速度传感器故障或缺失时的控制需求，这使得传统的集中式控制方案不再适用，因此本文的原创性和价值在于其针对多主体航天器编队设计的分布式控制策略。 首先，作者基于非线性的相对姿态动力学和运动学模型，分别使用相对四元数和相对角速度来描述航天器间的相对运动。这种描述方式有助于捕捉航天器编队中的复杂相互作用。为了实现输出反馈控制，他们引入了超前滤波器，通过合成虚拟角速度信号，克服了实际角速度反馈的缺失。 接着，利用Lyapunov稳定性理论，作者分析了闭环系统的稳定性，并证明了在没有外部干扰的情况下，提出的控制器能够确保系统渐近稳定。然而，考虑到实际应用中常常会遇到外部干扰，文章进一步探讨了L2增益干扰衰减理论，对控制器进行了优化，使其在存在扰动时也能保持系统的最终稳定。 数值模拟是验证这一控制方案的有效手段，结果显示，在无干扰情况下，闭环系统表现出良好的性能。而在有扰动的情况下，只要满足文中提出的特定条件，改进后的控制器能够有效地抑制干扰，使整个编队维持稳定。 本文的研究成果对于航天器编队控制具有实际意义，特别是在面对角速度传感器故障或无需角速度反馈的极端情况下，提出的分散式输出反馈控制器提供了一种可行的解决方案，增强了系统的鲁棒性和可靠性。它不仅避免了集中式控制可能的单点故障，而且还具备了抵抗外部干扰的能力，从而提升了航天器编队的姿态协同控制性能。