3、航天器容错控制与控制分配技术解析

航天器容错控制与控制分配技术解析

1. 容错控制与控制分配概述

在航天器姿态控制系统（ACS）中，容错控制（FTC）和控制分配（CA）至关重要。当存在执行器故障、外部干扰、不确定性和约束时，传统的控制方法可能无法满足系统的性能要求。因此，需要开发有效的FTC和CA策略来确保航天器的稳定运行。

例如，对于存在多个执行器故障的刚性航天器ACS，可采用非奇异快速终端滑模控制（SMC）策略进行控制。对于姿态角速度信息不可用、存在执行器故障和约束的航天器ACS，可设计超扭曲观测器和自适应律来处理未知角速度和执行器效能损失问题，再利用神经网络方法开发FTC方案来处理未知非线性函数。

2. 亟待解决的问题

2.1 在线故障检测与诊断（FDD）策略

在实际航天工程中，未知故障和不确定性可能导致控制系统不稳定，甚至使指定控制任务失败。因此，开发和改进在线FDD策略以重建航天器ACS在各种不确定性和约束下的执行器故障信息是非常必要的。设计一个简单有效的FDD方案，是航天器ACS的FTC方案设计的重要基础问题。

2.2 容错控制方法的改进

传统的FTC方案通常能在无限时间内实现控制系统的渐近或指数稳定，但在系统故障和不确定性存在的情况下，这种无限时间控制方法无法满足一些控制性能要求，如收敛性、准确性和鲁棒性。有限时间控制不仅能提高响应速度，还对不确定性和干扰具有很强的鲁棒性。因此，利用有限时间控制、智能算法、自适应控制等先进控制技术，设计一类基于FDD的主动容错控制（AFTC）方案，具有较强的容错能力和较低的保守性，是航空航天领域的一个重要问题。

2.3 控制分配方案的优化