GPI观测器与集成滑模控制：运载火箭鲁棒容错控制策略

本文探讨了在运载火箭发射任务中实现鲁棒容错控制的关键技术，针对存在的未知外部干扰、模型不确定性、执行器故障以及执行器限制等问题，提出了一种创新的控制策略。研究者们利用输入-输出表示法来描述火箭的旋转动力学，将其转化为三个独立解耦的第二阶单输入单输出(SISO)系统，这有助于简化复杂性并提高控制效率。 文章的核心部分采用了一种通用比例积分(GPI)观测器，这种观测器能够在差分代数框架下同时估计火箭的状态参数以及包括内部扰动、外部干扰和未知执行器故障在内的广义扰动。通过GPI观测器，系统能够实时且准确地捕捉到这些难以预料的动态变化，从而确保控制系统的稳健性和可靠性。 为了克服传统滑模控制方法可能存在的缺陷，本文提出了一个新型的非线性积分滑动面设计，它在保证鲁棒性的同时，能够有效地处理执行器故障导致的系统行为变化。通过Lyapunov间接法和直接法，作者证明了GPI观测器的稳定性以及整个闭环系统的稳定性，这为控制系统的稳定运行提供了坚实的理论基础。 该研究提供了一个集成滑模控制与GPI观测器的综合解决方案，旨在增强运载火箭在极端条件下的鲁棒性，确保其在面对各种不确定性和故障时仍能维持精确的飞行轨迹，这对于保障航天任务的成功至关重要。这项工作对于推进航天领域的故障检测和容错控制技术的发展具有重要的学术价值和实践意义。