Fixed-time fault-tolerant control for free-floating space manipulator with prescribed performance constraints and actuator faults

针对考虑预设性能约束的自由漂浮空间机械臂受到执行器故障及外界扰动等安全失控因素影响的问题, 本文提出了一种基于预设性能调节函数和迭代学习滑模观测器的自适应固定时间滑模容错控制策略. 首先为了满足空间机械臂关节角度跟踪误差的预设性能约束, 本文设计了一种固定时间正切型预设性能调节函数, 其可以直接引入到控制器中从而避免对系统动力学模型进行复杂变换. 其次设计了一种迭代学习滑模观测器对关节执行器失效故障进行重构, 在观测器中引入滑模项对多源扰动进行解耦抑制从而保证故障重构精度; 最后基于固定时间稳定理论设计了一种包含反双曲正切函数的非奇异终端滑模面, 该滑模面消除了切换奇异问题并有效减弱了抖振现象. 进一步结合自适应估计抗扰方法设计了一种固定时间滑模容错控制器, 以实现存在上述情况下的空间机械臂高精度控制. 数值仿真实验结果显示, 在所提出控制策略的作用下, 空间机械臂可以在理想时间内实现高精度关节轨迹跟踪, 且相关状态始终满足预设性能约束, 证明了本文所提控制策略的有效性.