WikiEdge:ArXiv速递/2025-05-06

摘要

• 原文标题：Artificial Potential Field and Sliding Mode Control for Spacecraft Attitude Maneuver with Actuation and Pointing Constraints
• 中文标题：基于人工势场与滑模控制的航天器姿态机动执行及指向约束控制
• 发布日期：2025-05-06 14:54:39+00:00
• 作者：Mauro Mancini, Dario Ruggiero
• 分类：eess.SY, cs.SY
• 原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.03594v1

中文摘要：本研究探讨了刚性航天器姿态重定向的制导与控制策略组合，同时处理禁止指向约束、执行器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敏感载荷的明亮物体存在，以及执行器饱和可能危及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、外部干扰和系统非线性的影响，这些因素不可忽视。本文采用人工势场（APF）与滑模控制（SMC）相结合的策略，解决了指向和执行约束下的航天器重定向问题。基于李雅普诺夫的严格分析得出了APF/SMC增益的闭式表达式，无需迭代计算即可提供增益值的显式数学公式。这些表达式考虑了角速度和控制力矩限制、外部干扰及惯量不确定性。通过高保真姿态动力学模拟器的蒙特卡洛仿真验证了所提控制策略的鲁棒性，并采用μ分析评估局部稳定性特性和量化鲁棒性裕度。结果证实了该方法在真实太空场景中的实用性，突显了其在不确定和受限环境中的有效性。