航天器姿态跟踪：执行器失效的主动容错控制策略

"这篇论文研究的是航天器在执行任务时如何应对执行器部分失效的问题，提出了一个考虑执行器部分失效的航天器姿态跟踪主动容错控制方法。通过一阶回归滤波器，设计了执行器失效因子观测器和主动容错控制器，确保了在闭环系统中姿态跟踪误差的渐近稳定性。仿真结果证明了该控制器的有效性和鲁棒性，相比于传统的PD控制器，它在消耗更少能量的情况下能提供更好的动态控制性能。" 这篇学术论文关注的是航天器姿态控制领域中的一个重要挑战——执行器部分失效。执行器是航天器控制系统的关键组成部分，负责实现对航天器姿态的精确调整。然而，在实际运行中，由于各种原因如机械故障或外部扰动，执行器可能会出现部分失效，严重影响航天器的控制性能和任务完成能力。 作者苗楠、牛广林和胡庆雷提出了一种创新的解决方案，即构建执行器部分失效因子观测器，该观测器能够实时估计执行器的失效程度。通过一阶回归滤波器，他们能够获取执行器失效因子的真实值替代项，从而设计出针对这部分失效的主动容错控制器。这个控制器旨在补偿执行器失效带来的影响，确保航天器仍能维持高精度和高稳定度的姿态跟踪。 论文中还探讨了故障观测器的估计误差对闭环系统稳定性的影响，并通过数学分析证明了系统在Lyapunov意义下的渐近稳定性，即姿态跟踪误差会随着时间逐渐减小直至趋近于零。此外，利用MATLAB/Simulink进行的仿真验证了所设计控制器的性能，结果显示其不仅有效，而且具备良好的鲁棒性，即使在执行器部分失效的条件下也能保持稳定控制。 对比传统的PD控制器，论文提出的主动容错控制器在控制性能上表现出优势，尤其是在减少能量消耗方面，它能在保持良好控制效果的同时，降低能源需求，这对于能源有限的航天器来说至关重要。 关键词涵盖了航天器控制的关键概念，包括姿态跟踪控制、执行器部分失效、故障观测器以及主动容错控制，这些都是航天器动力学与控制领域的核心问题。这篇论文的贡献在于提供了一个实用的容错控制策略，对于提升航天器在复杂环境下的任务执行能力具有重要意义。