航天器指定时间自适应姿态跟踪保性能控制

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32775

电子电气工程与控制

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航天器指定时间自适应姿态跟踪保性能控制

谢树宗¹, 杨秦敏², 陈强³(), 侯北平¹

^1.浙江科技大学自动化与电气工程学院，杭州 310023
^2.浙江大学控制科学与工程学院，杭州 310027
^3.浙江工业大学信息工程学院，杭州 310023

收稿日期:2025-09-11 修回日期:2025-09-30 接受日期:2025-11-03 出版日期:2025-11-17 发布日期:2025-11-07
通讯作者: 陈强 E-mail:sdnjchq@zjut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(62203384);国家自然科学基金(62222315);浙江省自然科学基金(LMS25F030014);浙江省自然科学基金(LZ22F030007);工业控制技术国家重点实验室开放课题(ICT2025B16);浙江省省属高校基本科研业务费专项资金(2025QN012);浙江省省属高校基本科研业务费专项资金(RF-C2024001)

Specified-time adaptive attitude tracking control for spacecraft with guaranteed prescribed performance

Shuzong XIE¹, Qinmin YANG², Qiang CHEN³(), Beiping HOU¹

^1.School of Automation and Electrical Engineering，Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou 310023，China
^2.College of Control Science and Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China
^3.College of Information Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China

Received:2025-09-11 Revised:2025-09-30 Accepted:2025-11-03 Online:2025-11-17 Published:2025-11-07
Contact: Qiang CHEN E-mail:sdnjchq@zjut.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62203384);Zhejiang Provincial Natural Science Foundation(LMS25F030014);Open Research Project of the State Key Laboratory of Industrial Control Technology(ICT2025B16);Fundamental Research Funds for the Provincial Universities of Zhejiang(2025QN012)

摘要/Abstract

摘要：

针对存在外部干扰和惯性不确定性的航天器姿态跟踪问题，提出一种指定时间自适应保性能控制策略。首先，基于修正罗德里格斯参数建立姿态运动学、动力学及跟踪误差模型；通过构造单调型预设边界函数与误差转换函数，将受约束跟踪问题转化为等效无约束问题，并建立用户可调性能指标（包括稳态精度、收敛时间与超调量）之间的定量映射关系。进一步，设计一种指数-多项式组合的时变增益函数，以保障系统状态从暂态到稳态的光滑过渡，避免因控制律切换导致的非光滑行为。在此基础上，构建自适应模糊保性能控制器，确保姿态跟踪误差在指定时间内收敛至原点邻域，并严格满足预设性能约束。基于李雅普诺夫稳定性理论，证明闭环系统所有信号一致最终有界，并通过数值仿真验证所提控制策略的有效性与工程适用性。

关键词: 航天器, 姿态跟踪, 指定时间控制, 保性能, 自适应控制

Abstract:

To address the spacecraft attitude tracking control problem under external disturbances and inertial uncertainties， a specified-time adaptive guaranteed-performance control scheme is proposed. First， the attitude kinematics， dynamics， and tracking error models are established based on the modified Rodrigues parameters. By transforming the constrained tracking problem into an unconstrained one via monotonic preset performance and error transformation functions， a quantitative mapping is established among user-tunable performance indices （steady-state accuracy， convergence time， and overshoot）. Furthermore， an exponential-polynomial combined time-varying gain function is designed to ensure a smooth transition of the system state from the transient to the steady-state phase， thereby avoiding non-smooth behaviors caused by control law switching. On this basis， an adaptive fuzzy guaranteed performance controller is developed to ensure that the attitude tracking error converges to a neighborhood of the origin within the prescribed time and strictly satisfies the preset performance constraints. Based on Lyapunov stability theory， it is proven that all signals in the closed-loop system are uniformly ultimately bounded， and the effectiveness and engineering applicability of the proposed strategy are verified through numerical simulations.

Key words: spacecraft, attitude tracking, specified-time control, guaranteed prescribed performance, adaptive control

中图分类号:

V448.2

谢树宗, 杨秦敏, 陈强, 侯北平. 航天器指定时间自适应姿态跟踪保性能控制[J]. 航空学报, 2026, 47(14): 332775.

Shuzong XIE, Qinmin YANG, Qiang CHEN, Beiping HOU. Specified-time adaptive attitude tracking control for spacecraft with guaranteed prescribed performance[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(14): 332775.

图/表 14

图 1

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参考文献 30

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