Adaptive Actuator Failure Compensation Design for Spacecraft Att...

在航天器姿态控制中，由于空间环境的复杂性和不确定性，航天器执行器（例如，推力器、姿态轮、反作用轮等）可能会出现故障。在这种情况下，执行器故障补偿设计变得至关重要，以确保航天器的稳定运行和精确姿态控制。从提供的文件信息来看，文章“Adaptive Actuator Failure Compensation Design for Spacecraft Attitude Control”主要探讨了基于多模型的自适应控制设计方法，以处理航天器在存在参数不确定性和匹配不确定性情况下的执行器故障。 文件提到了自适应控制理论和技术自20世纪60年代以来已经广泛研究，它们能够处理比其他控制方法更大的参数不确定性，并提供更令人满意的控制性能。自适应控制特别适用于参数变化较大、模型不够精确或未完全已知的系统。自适应控制系统能够通过实时更新控制参数来适应系统动态特性的变化。 文件中介绍了一种新的基于多模型的自适应控制方案，其目的是扩展状态反馈状态跟踪自适应控制的能力，以处理单输入线性时不变系统（LTIsystems）的参数和匹配不确定性。对于具有不确定参数矩阵的系统，设计了一种多模型自适应控制方案，该方案使用对单一参数向量的多个估计，这些估计是在匹配条件下的单一参考模型系统下定义的。然后，开发了新的设计方案来放宽匹配条件，使用多个参考模型系统（只需其中一个能够匹配控制植物）和多个控制器（这些控制器是基于多个参考模型系统的估计误差生成的自适应律更新的），作为新设计的两个关键特性来处理匹配不确定性。通过使用这些多估计误差构建了一个切换机制，可以从多个控制信号中选择适合的控制输入（不确定哪些控制信号能够导致稳定的闭环系统），以实现所需的系统性能。这样的新设计有潜力放宽一些实际的设计条件，这一点通过航空飞行控制的示例得到了证明。 在实际应用中，航天器姿态控制系统需要有高可靠性，以防止由于执行器故障造成的性能下降或任务失败。自适应控制技术可以通过实时调整控制策略，来补偿执行器故障的影响。例如，当一个执行器失效时，控制系统可以重新分配剩余有效执行器的控制指令，以保证航天器姿态控制的准确性。 为了实现上述自适应控制功能，控制系统需要准确地估计系统状态以及执行器的故障模式。这通常涉及到复杂的传感器系统和先进的算法，如卡尔曼滤波器、神经网络和模糊逻辑等。这些技术能够对系统的动态特性进行在线识别和适应，确保即使在面对未知故障或环境变化时，系统仍然能够保持良好的性能。 多模型自适应控制设计在处理航天器姿态控制系统中的不确定性和执行器故障方面具有独特的优势。这种设计方法能够增强系统的鲁棒性，提高故障容忍度，从而为航天器提供更加安全和可靠的姿态控制方案。随着自适应控制技术的不断发展和成熟，未来该领域将能够为航天器的姿态控制提供更加高效和精确的解决方案。