刚体航天器鲁棒姿态控制：执行器约束与滑模方法

"考虑执行器性能约束的刚体航天器鲁棒姿态跟踪控制" 本文主要探讨的是在实际操作中，刚体航天器面临多种复杂因素，如模型不确定性、外界干扰力矩以及执行器性能限制，如何有效地实现姿态跟踪控制的问题。作者陈海涛和宋申民提出了一种结合滑模控制、反步控制、自适应控制、辅助系统和动态面控制的鲁棒控制策略，以应对这些挑战。 首先，滑模控制是一种有效的非线性控制方法，其核心在于设计一个“滑动模式”，使得系统状态能在有限时间内达到该模式并保持不变，从而对不确定性有较强的鲁棒性。在本研究中，滑模控制用于处理系统的不确定性，即使在存在未知参数的情况下也能保证系统的稳定性。 其次，反步控制是另一种非线性控制技术，它通过分步设计控制器来解决复杂的非线性系统问题。在航天器的姿态跟踪控制中，反步控制可以分解复杂的问题，将整个系统分解为几个子系统，分别进行控制设计，以实现精确的姿态控制。 再者，自适应控制用于在线估计和补偿具有多项式形式上界函数的系统未知不确定性。这种技术允许控制器根据系统行为的变化自我调整，以保持控制效果。 辅助系统在这里的作用是处理执行器的性能约束，如幅值和变化率的饱和问题。通过建立低通滤波模型，可以模拟执行器的动态特性，并结合辅助系统的方法，确保控制力矩的输出始终在允许的范围内。 动态面控制则引入了一个新的控制层面，它的主要优点是可以避免期望虚拟控制信号的一阶导数项直接出现在控制器中，从而简化了控制器的设计过程，降低了设计的复杂性。 最后，通过数值仿真，作者验证了提出的控制算法在实际应用中的有效性和可行性。这表明，尽管存在多种复杂因素，但通过综合运用这些控制理论和技术，仍能实现刚体航天器的精确姿态跟踪，保证其在受到不确定性影响时的稳定性和鲁棒性。 这篇研究为解决航天器姿态控制的复杂问题提供了新的思路，强调了在实际工程应用中，考虑执行器性能约束的重要性，并展示了如何通过综合运用各种先进的控制理论来克服这些挑战。