Robust fault-tolerant attitude control of spacecraft using hybrid actuators

执行机构 航天器 控制理论(社会学) 姿态控制 惯性 反作用轮 控制工程 工程类 扭矩 计算机科学 控制(管理) 航空航天工程 物理 经典力学 人工智能 电气工程 热力学
作者
Yiqi Xu
出处
期刊:Aircraft Engineering and Aerospace Technology [Emerald (MCB UP)]
卷期号:94 (5): 649-666 被引量:3
标识
DOI:10.1108/aeat-09-2020-0200
摘要

Purpose This paper aims to address the spacecraft attitude control problem using hybrid actuators in the presence of actuator saturation, uncertainties and faults, inertia uncertainties and external disturbances. Design/methodology/approach A hybrid actuator configuration is used where thrusters are engaged for rapid attitude maneuvers, while reaction wheels (RWs) are used for fine pointing. Findings The key advantages are two-fold: a finite-time high-level controller is designed to produce the three-axis virtual control torques; an online robust control allocation (RobCA) scheme is proposed to redistribute virtual control signals to the actuators with taking into account the actuator saturation, uncertainties and faults; and the RobCA scheme allows a smooth switch between thrusters and RWs, which handles the inaccuracy problem of thrusters and saturation problem of RWs. Practical implications An online RobCA algorithm is designed that maps the total control demands onto individual actuator settings and allows a smooth switch between thrusters and RWs. Simulation results show the effectiveness of the proposed control strategy. Originality/value This work may be used on modern space missions, which impose higher requirements on smooth switching of spacecraft thrusters and RWs.

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