具有执行机构和指向约束的航天器姿态机动人工势场与滑模控制
系统与控制
2025-05-07 v1 系统与控制
摘要
本研究探讨了刚性航天器姿态重定向的制导与控制组合策略，同时处理禁止指向约束、执行机构限制和系统不确定性。这些约束源于太空中可能损坏航天器上敏感有效载荷的明亮物体，以及执行器饱和可能损害闭环系统稳定性的风险。此外，航天器姿态动力学通常受到参数不确定性、外部扰动和系统非线性的影响，这些因素不可忽略。本文采用一种结合人工势场（APF）和滑模控制（SMC）的策略，解决了在指向和执行机构约束下的航天器重定向问题。基于李雅普诺夫的严格分析给出了APF/SMC增益的闭式表达式，提供了无需迭代计算的增益值显式数学公式。这些表达式考虑了角速度和控制力矩限制、外部扰动以及惯量不确定性。通过使用高保真姿态动力学模拟器进行蒙特卡洛仿真，证明了所提控制策略的鲁棒性。此外，还采用μ分析来评估局部稳定性特性并量化鲁棒性裕度。结果证实了所提方法在实际太空场景中的实际可行性，突显了其在不确定和受约束环境中的有效性。
引用
@article{arxiv.2505.03594,
title = {Artificial Potential Field and Sliding Mode Control for Spacecraft Attitude Maneuver with Actuation and Pointing Constraints},
author = {Mauro Mancini and Dario Ruggiero},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.03594},
year = {2025}
}